【应用】国产车规隔离驱动HSA6880助力氢能源汽车电驱设计，CMTI高于50 kV/μs
随着全球不可再生资源的过度消耗，越来越匮乏，寻找新能源替代成为重中之重，氢燃料电池已成为我国新能源结构变革，节能减排，碳中和以及汽车产业升级的重要工具，氢能源汽车由前端驱动系统，尾部储氢管组成，氢能源汽车的工作原理是通过尾部的储氢罐（类似燃油车的油箱）将氢气送到燃料电池的发动机后与空气中的氧气产生化学反应从而产生电能驱动汽车行驶。
随着进口电子器件的交期拉长以及价格上涨，越来越多的客户开启国产化替代热潮，本文重点介绍华大的单通道栅极隔离式驱动器HSA6880-Q助力氢能源汽车电驱设计，具有高瞬态抗扰度大于50kV/µs，满足汽车应用需求，电驱主功率单元是采用三相逆变桥来驱动三相交流永磁同步电机如下图1所示，通过带隔离的驱动IC来驱动MOS/IGBT的开通关断，因此驱动电路在电驱逆变器系统中至关重要，为了保证逆变单元的IGBT驱动的可靠性，在设计IGBT驱动时需要一款隔离驱动芯片来对控制单元发出的驱动信号进行隔离保护。
图1 电机驱动器主功率拓扑图
针对氢能源汽车电驱设计隔离驱动器件的选型需要考虑以下几点：
1、需要选择集成 IGBT保护功能的隔离驱动；
2、适用于汽车及工业应用，满足车规级认证；
3、具有3A以上的驱动电流能力,更易于驱动MOS/IGBT可靠开通；
4、具有较高的高共模瞬态抑制比CMTI，防止快速开关过程中高CMTI产生无干扰；
HSA6880驱动IGBT主要用于三相应用，如变频驱动、不间断电源、太阳能逆变器以及其他类似的逆变器应用。 为确保逆变器的正常运行，逆变桥的高低边的开关不能同时开关，否则同时导通会导致母线短路炸机，如图2所示HSA6880用于高、低边侧驱动器联锁保护连接设计连接框图。
图2 HSA6880高、低侧驱动器联锁保护连接
为防止上下桥臂直通，母线短路，需要在高、低侧驱动之间增加死区时间，以避免直接同时开通。如上图2所示，三相逆变器桥每个IGBT都有单独的驱动信号来驱动。 当驱动输入重叠时如图3所示，在开关管开关之前要保证高低侧驱动信号的最小死区时间为0.8 μs，可防止出现直通状态。
图3 驱动输入重叠
在实际应用中，退饱和现象一般发生在器件短路时，Vce会迅速增加， Ic *Vce 非常大。此时 IGBT 超过10us 即会损坏。保护方法采用华大HSA6880-Q来检测器件的CE电压。IGBT正常工作时CE电压很低，一般在1V到3V之间，而IGBT发生退饱和之后CE电压会迅速上升。退饱和检测电路事先设定一个阈值电压，如下图4，调整 R1 阻值和 D1 的个数来调整实际的保护阈值电压：VDESAT_TH_ACTUAL=VDESAT_TH−IDESATCH∗R1−n∗VF
图4 退饱和检测阈值设置
在如图1所示的逆变桥电路中，上桥开通时，会有电压加在下桥的 C极上，产生较大 dv/dt，会有电流通过下桥的 Ccg 电容和驱动电阻 Rg ，这时会在下桥 IGBT 的门级上产生一个尖峰，该尖峰超过IGBT 的开通阈值电压会导致上下桥直通。为了防止该米勒效应导致的桥臂直通HSA6880的 GATE 脚在 IGBT 的门级超过 2V 时，提供 2.5A 的灌电流的能力，防止由于米勒效应导致的上下桥直通。
图5 有源米勒电流钳位保护
国产华大的单通道栅极驱动器HSA6880助力氢能源汽车电驱设计具有以下几点优势：
1、采用电气隔离技术，使输入与输出间有3.75kVrms 的隔离电压，且具有高瞬态抗扰度（>50kV/µs；
2、小于115ns的传播延迟和较小的时间偏移使其可在更高的开关频率下具有更好的性能；
3、集成了完整的保护功能，如软关断、退饱和检测、欠压锁定、有源米勒电流钳位以及故障报告,可在恶劣环境中保护设备的安全；
4、逻辑引脚均与TTL电平兼容，便于与标准控制器以及MCU相连接；
5、满足UL1577 认证、，使用宽体SOIC-16的封装，满足UL隔离、爬电距离与电气间隙的要求;
6、符合汽车级AECQ-100 Grade 1标准, V ISO = 3.75 kV RMS 保持 60 秒；
7、驱动能力强，峰值驱动电流达3.5A，更易于驱动IGBT管工作；
综上所述，国产华大的单通道栅极驱动器HSA6880非常十分适合工业以及汽车应用场合，可用于电机驱动器、汽车 OBC 以及牵引逆变器、HEV 及 EV 的辅助逆变器、UPS、开关电源模块等应用，市场主流封装，可兼容进口品牌替代，国产器件世强具有更好技术支持服务和稳定的供货周期，性价比高。
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型号- NSD1015X,NSD1624X SERIES,NSD16241-DSPR,NSD1221X,NSG65N15K,NSD1224 SERIES,NSD1624-Q1,NSD1624-Q1SPR,NSIP5XXX,NSD2017,NSD1025V,NSIP650X-Q1,NSD1624X FAMILY,NSD1224A,NSD1624-DSPKR,NSD1025E,NSD16242,NSD2621,NSD7312,NSD16241,NSD16242-DSPR,NSD1025-Q1,NSD10153,NSD10152,NSD2621B,NSD10159,NSD1624-DL AJR,NSD2621C,NSD10157,NSD1624-Q1SPKR,NSD1224LA,NSD1224B,NSD1624-DSPR,NSD1624,NSD1025,NSD10151,NSD1224,NSD1664,NSD16242-Q1SPR,NSD1015T,NSD1624X,NSR22403,NSR22401,NSR22402,NSD16241-Q1SPR,NSD7312-Q1,NSD16241-DSPKR,NSD2621A,NSD1115
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华大半导体隔离栅极驱动器、数字电源芯片选型表
华大半导体隔离栅极驱动器、数字电源芯片选型表：operating common mode transient immunity（V/ns）：100V/ns-higher than 50 kV/μs
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产品型号
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品类
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operating common mode transient immunity（V/ns）
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propagation delay（ns）
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output supply range（V）
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Channels
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Comment
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PACKAGE
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HSA6210AWSRQ
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双通道隔离栅极驱动器
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150V/ns
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Typical 80 ns
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up to 25 V
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2
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Automotive
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SOW-14L
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选型表 - 华大半导体 立即选型
电子商城
现货市场
服务
可定制风扇尺寸覆盖18x18x04mm~165x165x25mm，随散热器大小而定制；风扇转速范围：1000 RPM~16500 RPM。支持DC风扇，直流风扇轴流风机，鼓风机以及电脑笔记本风扇等产品定制。
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可定制连接器的间距范围1.25mm~4.5mm、单列/双列列数、焊尾/表面贴装/浮动式等安装方式、镀层、针数等参数，插拔寿命达100万次以上。
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