混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 概 要 VLA551-01R は、IGBT モジュール駆動用混成集積回路です。 単位: mm 外形図 ゲート駆動用の絶縁型 DC-DC コンバータが内蔵されており、 新たにゲート電源を設計する必要がありません。 また、内蔵の短絡保護回路により、短絡検出後、一定時間の 逆バイアスを持続する為、時間的に余裕のある保護動作が可能 です。 推奨モジュール VCES = 600V 系列…………～600A クラス VCES = 1200V 系列……….～450A クラス 特 長 •ゲート駆動用絶縁型 DC-DC コンバータ内蔵 •高密度実装が容易な SIP 構造 •短絡保護回路内蔵（タイマ及びリセット回路付き） •短絡検出抑制時間調整可能 •入力―出力間 絶縁耐圧：2500Vrms 1 分間保証 •入力は HCMOS により駆動可能 用 途 インバータ、AC サーボ、P.C.等に使用される IGBT モジュール駆動用 ブロック図 13 Vcc 14 1 VD 2 定電圧回路 DC－AC 変換回路 Gi ラッチ 検出抑制時間 調整端子 22 コレクタ電圧監視 端子 3 4 VI+ 6 15 GND 17 Vo タイマー及び リセット回路 1kΩ インタフェー ス回路 ゲート遮断回路 240Ω VI- 検出回路 21 18 逆バイアス 速度調整端子 20 短絡検出出力端子 16 7 カプラLED ON時、ゲート出力H カプラLED OFF時、ゲート出力L 1 VEE 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 最大定格 (指定のない場合は、Ta＝25℃) 記号 VＤ 項 目 電源電圧 VI 入力信号電圧 VO IOHP IOLP 出力電圧 件 ＤＣ 端子 6-7 間電圧 50% duty cycle、ﾊﾟﾙｽ幅１ms 出力“Ｈ”時の電圧 出力電流 ﾊﾟﾙｽ幅 2μs 入力-出力間絶縁耐圧 Viso 条 Tc Topr Tstg IFO VR22 ケース温度 動作周囲温度 保存温度 エラー出力電流 端子 22 印加電圧 Ｉdrive ゲートドライブ電流 (*1) H/C 条件と異なります。 定 格 値 -1～16.5 単 位 V -1～+7 V Vcc -5 5 V A A 正弦波電圧 60Hz､1 分間 2500 Vrms ハイブリッドＩＣ外装樹脂表面温度 結露無きこと 結露無きこと 端子 20 流入電流 ― ゲート平均電流 100 -40～+70 -40～+100（★1） 20 50 100（★2） ℃ ℃ ℃ mA V mA (*2)ディレーティングカーブをご参照ください。 電気的特性 記号 (指定のない場合は､ Ta=25℃,VD=15.0V,RG=3Ω) 項 目 条 件 規 格 値 最小 標準 最大 単位 VD 電源電圧 推奨範囲 14.2 15 15.8 VIN 1 次側ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ電源電圧 推奨範囲 4.75 5 5.25 V IIH “Ｈ”入力信号電流 推奨範囲 10 13 16 mA ｆ RG IIH スイッチング周波数 推奨範囲 － － 20 kHz ゲート抵抗 推奨範囲 2 － － Ω “Ｈ”入力信号電流 ＶＩＮ＝5Ｖ － 13 － mA VCC ゲート正電源電圧 ― 15.2 － 16.9 V VEE ゲート負電源電圧 ― -6 － -11.5 V η ゲート電源部効率 ＶＤ＝15Ｖ、ＩＯ＝100mA η＝(VCC +|VEE｜)(0.1)/(15・ID)×100 55 60 － % VOH 15.3 16.5 V V “Ｈ”出力電圧 端子 17－15 間に１０ｋΩ、入力“Ｈ” 14 VOL “Ｌ”出力電圧 － -11 V “L-H”伝搬時間 端子 17－15 間に１０ｋΩ、入力“Ｌ” IIH＝13ｍＡ -5.5 t PLH 0.2 0.4 1 μs － 0.4 1 μs 0.2 0.4 1 μs tr “L-H”立ち上がり時間 t PHL “H-L”伝搬時間 IIH＝13ｍＡ IIH＝13ｍＡ tf “H-L”立ち下がり時間 IIH＝13ｍＡ － 0.3 1 μs t timer タイマ時間 保護動作開始から解除まで （入力信号は“Ｌ”である事） 1 － 2 ms IFO エラー出力電流 － 5 － mA ｔtrip1 短絡検出抑制時間１ 端子 22：15V 以上、端子 21：オープン － 2.7 － μs ｔtrip2 短絡検出抑制時間２（★4） 端子 22：15V 以上 端子 21－16 間：10pF の容量接続 － 3.1 － μs VSC 短絡検出コレクタ電圧 ― 15 － － V 端子 20 流入電流 Ｒ＝４.７ｋΩ (*4)短絡検出抑制時間変更用コンデンサの配線長は端子１６、２１より往復 5cm 以内 2 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 特性曲線 VCC、|VEE|-Ta 特性 （代表例） 24 20 Ta=25℃ DC負荷 22 20 VCC 18 18 16 16 VD=14.2V 14 14 12 12 8 8 VD=14.2V 6 6 -20 0 20 40 60 4 80 0 周囲温度 Ta(℃) 0.02 出力“L-H”伝搬時間 tPLH(μS) 出力“H-L”伝搬時間 tPHL(μS) 0.6 tPLH 0.4 tPHL 0.2 0.0 -20 0 20 40 0.1 60 5.5 6.0 0.6 tPLH 0.4 tPHL 0.2 0.0 80 3.5 4.0 4.5 5.0 入力信号電圧 VI(V) ttrip-Ta 特性 （代表例） ttrip-Ctrip 特性 （代表例） 8 VD=15V RG=3Ω 負荷:C=0.2uF VD=15V Ta=25℃ 7 短絡検出抑制時間 ttrip(μs) 5 0.08 VD=15V RG=3Ω Ta=25℃ 負荷:C=0.2uF 0.8 周囲温度 Ta(℃) 6 0.06 tPLH、tPHL-VI 特性 （代表例） 1.0 VD=15V RG=3Ω Ta=25℃ 負荷:C=0.2uF 0.8 0.04 負荷電流 IO(A) （端子１３、１４－１６間） tPLH、tPHL-Ta 特性 （代表例） 1.0 出力“L-H”伝搬時間 tPLH(μS) 出力“H-L”伝搬時間 tPHL(μS) VD=15V VD=15.8V 10 |VEE| 10 短絡検出抑制時間 ttrip1,ttrip2(μs) VD=15V VD=15.8V VCC、|VEE|(V) VCC、|VEE|(V) 24 VD=15V RG=3Ω 負荷：C=0.2uF f=10KHz D.F.=50% 22 VCC,|VEE|-IO 特性 （代表例） 4 ttrip2(Ctrip=10pF) 3 ttrip1(Ctrip=0pF) 2 1 6 5 4 3 2 1 0 0 -20 0 20 40 60 0 80 25 50 75 100 短絡検出抑制時間調整外部容量 Ctrip(pF) (端子２１-１６間) 周囲温度 Ta（℃） 3 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC ID-IO 特性 （代表例） VOH,|VOL|-Ta 特性 （代表例） 0.5 22 VD=15V Ta=25℃ “H”出力電圧 VOH(V) “L”出力電圧 |VOL|(V) 0.4 入力電流 ID(A) VD=15V RG=3Ω 負荷：C=0.2uF f=10kHz 20 0.3 0.2 18 VOH 16 14 12 10 |VOL| 8 0.1 6 0 0.00 4 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 ‐20 0 20 60 80 周囲温度 Ta(℃) 負荷電流 Io(A) (端子１３、１４－１６間) η-Idrive 特性 （代表例） 80 VCC、|VEE|-VD 特性 （代表例） 20 VD=15V Ta=25℃ 70 40 VCC Io=0.1A Ta=25℃ 18 16 60 VCC、|VEE|(V) 効率 η（％） 14 50 12 40 |VEE| 10 30 8 6 20 4 10 2 0 0.00 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 14 14.5 ゲートドライブ電流 Idrive(A) 15 16.5 17 16.5 17 η-VD 特性 （代表例） 75 VD=15V Io=0.1A Ta=25℃ 70 65 0.08 効率 η（％） ゲートドライブ電流 Idrive(A) 0.12 0.10 16 電源電圧 VD(V) Idrive-Ta特性 （最大定格） RG=3Ω 負荷：C=0.2uF 15.5 VD=16.5V 0.06 0.04 60 55 50 0.02 45 0.00 40 0 20 40 60 14 80 周囲温度 Ta（℃） 14.5 15 15.5 16 電源電圧 VD(V) 4 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 特性定義図 (1)通常スイッチング動作 (2)短絡保護動作 VI VI VO tr tf 0V VO 0V -5V 90% ttrip1,2 50% 10V 0V tPHL tPLH 10V 端子２０出力 10% ttimer 応用回路例 D1 22 1 C1 VD CM400DY-24NF etc. RG 2 17 ＋ Dz2 Dz3 13 3 14 4 VLA551-01R ＋ C2 VIN 15 ＋ 6 C3 Dz1 16 7 Ctrip 21 18 HC04 etc. VIN=5V Cs 3.3kΩ 20 4.7kΩ VD=15V +/-5% VIN=5V +/-5% C1 : 100uF (低インピーダンス品) C2 : 100uF 50V (低インピーダンス品) C3 : 100uF 50V (低インピーダンス品) Ctrip : RG に依存します。 Cs : サージ電圧に依存します Dz1 : 30V Dz2,3 : 18V D1 :ファーストリカバリーダイオード(trr≦0．2μｓ) 注意事項 (1) 電圧補償用コンデンサは極力ハイブリッド IC の近くに実装して下さい。 (2) ゲート回路の閉回路面積は誘導ノイズを受けないようにできる限り少なくして下さい。 (3) Ｄ1 はモジュールと同等の耐圧が必要です。 (4) Ｄ1 の逆回復時は、端子２２へ非常に高い電圧が印加される事になり、内部素子を破壊する可能性があります。 上図の様に端子２２－端子１６間にツェナーダイオードを挿入する等、保護対策が必要です。 (5) 短絡保護動作時の、逆バイアスの速度を遅くする場合、端子１６－端子１８間にコンデンサを接続し、調整して下さい。 5 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 保護回路動作時出力降下時間の調整 保護回路動作説明 ハイブリッド IC の保護回路は、ゲート電位が“H”でコレク （１） (保護回路動作時) 保護回路動作時の、逆バイアスの速度を遅くする場合は、端子 タ電圧が高い時、短絡状態と判断し、直ちにゲート電圧を降下さ １６－１８間にコンデンサ（Ｃｓ）を接続し、調整して下さい。 せます。 また､同時に、保護回路が動作している事を知らせるエラー信 （下図をご参照下さい。） 号を端子２０より出力（“Ｌ”レベル）します。 （２） 上記の保護動作は、ある一定（１～２msec）以上の時間が経 過した時点で、入力信号が“L”であればリセットされ、通常ス 入力信号 波形 イッチング動作に戻ります。（“L”期間は１５μｓ以上必要） （３） t2 t1 出力立ち上がり時、IGBT のオン時間を確保する為の短絡検出 抑制時間（標準 2.7μｓ）を設けてあります。 90% 端子１６－２１間に容量（Ctrip）を接続する事により調整 50% する事ができます。 短絡検出時動作フロー 開 0% 10% Vo 始 保護回路動作出力降下時間ー ⑱ ⑯ Cs（端子⑥－⑦間容量）特性 （代表例） 短絡状態の検知 ゲート遮断回路動作 タイマ動作開始 短絡検出出力 タイマ終了 保護回路動作時出力降下時間（μs） 50 1 ~ 2ms NO 45 V CC=15V VD=15V V EE=‐10V Ta=25℃ Ta=25℃ 40 35 30 t2 25 20 15 t1 10 5 0 YES 0 0 . 02 0 . 04 0 . 06 0 . 08 端子⑥－⑦間容量Cs（μF） ⑱-⑯ 入力信号は “L”レベルか NO YES リセット 注意：保護回路動作時の出力“L”電圧は、VEE＋約２V です。 6 0.1 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 製品取扱い上の注意事項 ハイブリッドＩＣ（以下単に素子という）の開発・生産には、品質とりわけ信頼性には最大限の注意を払い、生産活動して おります。しかし素子の信頼性は素子固有の要因だけでなく、使用条件によっても大きく影響されます。 当社の素子を取り扱う際には、次の注意事項を読まれて、正しく御使用ください。 注 梱包・包装 運 搬 保 管 長期保管 意 事 項 当社から出荷される素子の梱包箱、内装材は一定の環境条件に耐えられるようになって いますが、外部からの衝撃、雨水、汚染等に曝されますと、梱包箱が破れたり内装材が壊れ て素子が露出する場合がありますので、取り扱いには十分注意してください。 １）梱包箱を高く積み上げたり、梱包箱の上に重い物を乗せないでください。梱包箱が壊れ、 荷崩れする危険があります。 ２）運送中は梱包箱を正しい向きに置いてください。逆さにしたり、立てかけたりすると 不自然な力が加わり、壊れる恐れがあります。 ３）投げたり落したりすると、素子が壊れる恐れがあります。 ４）水に濡らさないよう降雨、降雪時の運搬には注意してください。 ５）その他運搬時には、できるだけ機械的振動や衝撃が少なくなるよう留意してください。 素子を保管するに当っては次の注意点を守ってください。これらが守れない場合は、特性の 劣化、半田付け性・外観不良等の発生原因にもなります。 １）直射日光を避け、できるだけ温度、湿度の変化の少ない室内に保管してください。 （５～３０℃，４０～６０％ＲＨが望ましい条件） ２）室内は、有毒ガスの発生がなく、塵埃の少ない状態にしてください。 ３）保管容器は静電気の帯びにくいものにしてください。 ４）保管中は素子に、過大な荷重がかからないようにしてください。 長期間の保管が必要な場合は、未加工の状態で保管してください。長期的に保管したり、 悪い環境に置かれた素子を使用する際は、外観に傷、汚れ、錆等がないか確認の上、使用 してください。 定格・特性 最大定格とは、半導体メーカによって、指定される「半導体素子能力」または「使用できる 条件の限界値」のことで、半導体素子は通常この最大定格方式により規定されています。 したがってこれを超えて使用した場合、素子は劣化又は破壊を起こします。 素子劣化及び破壊を未然に防ぎ、機器における高信頼度を実現するために、また素子を特性上 及び経済性の面から最も有効に動作されるために、記載の定格値内及び規格値内で使用ください。 端子配置 誤挿入による素子の破壊、劣化を防ぐため、外形図に記載しています端子配置を十分確認の上 取り付けて下さい。方向を間違えて通電しますと短絡事故を起こす恐れがありますので、十分 注意してください。 7 混成集積回路 VLA551-01R IGBT モジュールゲート駆動用ハイブリット IC 安全設計に関するお願い ・弊社は品質、信頼性の向上に努めておりますが、半導体製品は故障が発生したり、誤動作する場合があります。弊社製品 の故障または誤動作によって、結果として人身事故、火災事故、社会的損害などを生じさせないような安全性を考慮した 冗長設計、延焼対策設計、誤動作防止設計などの安全設計に十分ご留意ください。 本資料ご利用に際しての留意事項 ・本資料は、お客様が用途に応じた適切なイサハヤ電子製品をご購入いただくための参考資料であり、本資料中に記載の 技術情報についてイサハヤ電子が所有する知的財産権その他の権利の実施、使用を許諾するものではありません。 ・本資料に記載の製品データ、図、表その他応用回路例の使用に起因する損害、第三者所有の権利に対する侵害に関し、イサ ハヤ電子は責任を負いません。 ・本資料に記載の製品データ、図、表その他全ての情報は、本資料発行時点のものであり、特性改良などにより予告なしに 変更することがあります。製品の購入に当たりましては、事前にイサハヤ電子へ最新の情報をご確認ください。 ・本資料に記載された製品は、人命に関わるような状況の下で使用される機器、あるいはシステムに用いられることを目的 として設計、製造されたものではありません。本資料の製品を運輸、移動体用、医療用、航空宇宙用、原子力制御用、海底 中継機器あるいはシステムなど、特殊用途へのご利用をご検討の際には、イサハヤ電子へ御照会ください。 ・本資料の転載、複製については、文書によるイサハヤ電子の事前の承諾が必要です。 ・本資料に関し詳細についてのお問合せ、その他お気付きの点がございましたら、イサハヤ電子まで御照会ください。 8 2013 年 3 月作成