CN

30 功率器件驱动器 www.infineon.com/eicedriver 适合各种情况的新栅极
驱动器芯片系列
英飞凌科技推出了新的 EiceDRIVER™紧凑型系列,这是一款通用的单通道栅极驱动器芯片。此系列的不
同变体设计用于支持分立 IGBT、IGBT 模块和 MOS 晶体管,以及碳化硅和氮化镓开关。Oliver Hellmund、
Heiko Rettinger 和 Michael Wendt,英飞凌科技德国 由于输出电流范围从 0.5A 到最高 6A,可
新的 CoolMOS C7 器件结合,在效率上实
用器件允许对具有不同功率级的 IGBT 和
现了 0.5% 的额外增益。除了 SMPS 之外, 与先前的设计相比,无铁芯变压器技术
无铁芯变压器
MOS 晶体管进行栅极驱动。EiceDRIVER™
我们建议将这些驱动器用于 PFC、服务器、 实现了更高的输出电流,并因此实现了
紧凑型的 DSO‐8 封装确保了小尺寸和更高
电信、太阳能、降压/增压转换器以及 PC
更高的功率密度,但是仍然可以使用相
的功率密度。另外,复杂性的降低有助于
电源等应用。 同的紧凑型 DSO‐8 封装。 集成到系统设计中。无铁芯变压器隔离技
1EDI05I12AF、1EDI20I12AF、1EDI40I12AF
如果驱动器并非针对此类应用环境设
术确保在偏置电压高达± 1200 V 的情况下
和 1EDI60I12AF 用于驱动栅极输出电流从
计的,那么功率级的快速切换会对系统
工作不会受到干扰并且共模瞬态抑制
最低 0.5A 到 6A 的分立 IGBT 和 IGBT 模块。 功能产生重大影响。新的无铁芯变压器
(CMTI)超过 100 kV/µs。这是对稳健性的重
这些驱动器配置了 230ns 的大型内置输
的 稳 健 设 计 可 以 确 保 在 dV/dt 操 作 时
要改进,并且对于电气隔离驱动器,这是
入滤波器,针对恶劣环境中的稳健 PWM
CMTI 超 过 100 kV/µs , 如 同 在 具 有
一个新的里程碑。 传输。因此,这些驱动器芯片的特点是
CoolMOS 晶体管[1]的应用电路中得出的
传输延时时间增加到 300ns。将缩短延迟
测试结果那样。 1EDI20N12AF 和 1EDI60N12AF 设计
用于驱动 MOSFET、碳化硅和氮化镓开关。 时间,以便更好地匹配不同器件的开关
内部输入噪声滤波器将消除 TMININ 驱动栅极的输出电流设置为最低 2A 或 6 行为。典型应用为工业马达驱动、太阳
±40ns ( 对 于 MOSFET ) 和 TMININ±240ns
A. 这两个器件都具有独立的充电和放电
能逆变器、焊接或电磁炉技术。 (对于 IGBT 的变体)期间的任何噪声。
1EDI10I12MF、1EDI20I12MF 和 输出脚,以使用不同的电阻值调整应用
因此,在标准应用中不需要外部滤波器。 的开通和关断过程。由于传输延时低于
1EDI30I12MF 也属于 EiceDRIVER 紧凑型
输入逻辑针对较宽的工作范围设计,
105ns 并且输入滤波时间仅为 40ns,因此
系列,其特征为有源米勒箝位而不是独
而输入阈值电压电平始终与正输入电源
对于高开关频率应用,该器件可以用于
立的充电/放电输出。此解决方案可以保
电压关联。集成的欠压闭锁电路将在电
最高 4 MHz 的开关电源。对这两种类型
持 IGBT 中的晶体管在高 dV/dt 的情况下
压为 3V 时激活芯片,并且从此电平开始,
进行了优化,以便与基于 CoolMOS™技术
处于关闭状态,即便使用单极电源也是
输入高阈值 的功率半导体结合使用。欠压阈值欠压
如此。表 1 中显示了紧凑型系列的详细
闭锁适合于正常的 MOS 晶体管运作。
信息。 在 4 引脚封装中,EiceDRIVER 紧凑型与 销售代码
1EDI60N12AF 1EDI20N12AF 封装
用
DSO‐8 (150mil) 1EDI40I12AF 1EDI20I12AF 1EDI05I12AF 1EDI30I12MF DSO‐8 (150mil) 最高 1200V 6 A / ‐6 A 2 A / ‐2 A
欠压闭锁
传输延时
最大开关频率
MOSFET 6 A / ‐6 A
最高 1200V
4 A / ‐4 A
2 A / ‐2 A
通用逆变器(GPI)、工业驱动、焊接、
工业感应加热、太阳能逆变器、UPS 0.5 A / ‐0.5 A 3 A / ‐3 A √‐ √ √ √ √ √ √ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 105ns 105ns
4 MHz 4 MHz 1 MHz CoolMOS™ C7、CP 所有 650V 和 1200V IGBT 模块 1EDI10I12MF DSO‐8 (150mil) √ IGBT
300ns 1EDI20I12MF 通用逆变器(GPI)、驱动(通用和
伺服驱动)、焊接、工业感应加
热和烹饪、太阳能逆变器、UPS SMPS、PFC、电信、服务
器、太阳能、降压/升压转
换器、PC 电源 电压级
输出电流
分开的栅极充/
放电输出
有源米勒箝位
建议
1EDI60I12AF 最高 1200V
2 A / ‐2 A
1 A / ‐1 A
‐ ‐ √
√
IGBT
300ns 1 MHz 所有 650V 和 1200V IGBT 模块 表 1:新 EiceDRIVER™ 1EDI 紧凑型系列的产品概述 2014 年第三期《Power Electronics Europe》 www.power‐mag.com 功率器件驱动器 31 www.infineon.com/eicedriver 31 图 1:输出框图(左:独立输出变体;右:CLAMP 变体) 电压将始终为 VIN,H=0.7*VVCC1 。输入低阈
外部二极管的放电电阻器。详情如图 1
与通常存在于相似配置中的一般栅极输
值电压相应设置为 VIN,L=0.3*VVCC1。此线性
(左侧)所示。电源电压最高可以为
出的体二极管和栅极电阻路径相比,不
缩放允许直接连 3.3V 数字信号处理器进
VCC2=35V。芯片可用于单极电源下,提供
存在额外的电阻。对于 PCB 上的另一外
行运行,但也能够接受来自 12V PFC 控
双极栅极电压。作为结果,可以对驱动
部二极管,这样将节省空间。CLAMP 功
制器的输出信号以增强自身的信号。最
电路进行简化,使其占用更少的 PCB 空
能自身具有与输出相同的电流能力。
大额定输入电压为 VVCC1,max=17 V。 间并且栅极环路中的寄生效应最小化,
1EDI30I12MF 具有最低的峰值电流 IOUT=3 从而实现更高的性能。 A 。 在 CLAMP 引 脚 的 电 压 下 降 到 低 于
反相和非反相输入新的 1EDI 紧凑型系列
另一输入配置如图 1(右侧)所示。
VGATE=2 V 的情况下,CLAMP 电路将在关
成员使您可以选择使用两种输入信号——
在此配置中,公共充电/放电路径与有
断时生效。在下次开启时,CLAMP 电路
反相信号和非反相信号。可以在各种组
源米勒箝位相结合。此设置的优势在于
将切换到三态模式。 合中使用这些输入,具体取决于应用需
晶体管处于关闭状态,即使在 dV/dt 较
求。例如,非反相输入可用作 PWM 输入, 高的情况下也是如此。在此解决方案中,
热性能
而反相输入可用作某种类型的使能信号, 可以避免使用双极电源而减少电路工作
EiceDRIVER 紧凑型系列的双芯片设计在封
反之亦然。另一个示例是输入的反相驱
量和 PCB 空间。驱动器芯片支持最高为
装中创建了两个独立的功率损耗部分。已
动,IN+表示高电平,而 IN‐表示低电平。 VCC2=20V 的单极电源,此电压对于大多
单独对输入部分进行评估,以便从输出芯
出于安全原因,此反相驱动很有用。 数应用已够用。 片中排除效应。在评估的第二步中,已按
照图 2 的说明组合输入和输出运行。 如果两个器件用于驱动半桥配置中的
由于驱动器的静态电流较低,因此可
IGBT 或 MOS 晶体管,高边驱动器的 IN+
以使用自举电路生成简化电源电压。驱
由于输入开关频率高达 5 MHz 并且电
信号可以连接到低边驱动器的 IN‐信号,
动器支持较高的调制系数,而无需配备
源电压高达 VCC1=17 V,因此这两个因素
反之亦然。在此类配置中,将避免出现
庞大的自举电容器。 的作用下,检测到 1EDI60N12AF 的温度
有源米勒箝位变体的另一个好处是用
上 升 。 驱 动 器 芯 片 显 示 VCC1=5 V 和
IN+端子在内部拉低以保证关断状态,
于将引脚 CLAMP 钳位到 VCC2 的集成二极
VCC1=17 V 时输入芯片区域的温度分别最
而 IN‐端子独立地拉升。在输入信号可能
管。由于此引脚直接连接到电源开关的
连接到高阻抗的输出(不牢固的焊接接
栅极,因此, 多上升 5.5 K 和 14 K。 对于输出部分的评估,为输入提供了 交叉传导。 头或断线)的所有其他情况中,此设置
还将确保关断状态。 各种输出配置
1EDI 紧凑型系列面向各种应用。我们提
供了不同的变体,以满足各种需求。 对于分开的栅极充/放电输出的器件
可用于针对开通和关断开关特性修改
应用电路。可以通过实施不同的栅极
电荷来实现此操作以及不需要额外的
图 2:逻辑输入的应用用途 www.power‐mag.com 2014 年第三期《Power Electronics Europe》 32 功率器件驱动器 www.infineon.com/eicedriver 图 3:各种开关频率下对电容式负载
的整体温度评估 个热性能示例以及一个典型应用电路,
这两个示例都证明了新驱动器系列具备
出色的性能。归功于其创新型设计,可
以减少应用的工作量。较大的输入电压
范围和灵活的输入信号配置最大程度地
降低了外部电路需求、复杂性并减少了
PCB 空间。凭借强大的驱动器输出和高开
关频率能力,可以省去额外的放大电路,
再次节省了 PCB 空间和提高了整体功率
恒定电压 VCC1=5 V。但是,与 VCC2=15 V
开关结果
并且占空比为 50 %时输出芯片中的功率
通过将 CoolMOS IPZ65R095C7 用作升压配
损耗相比,输入芯片的影响较轻微。电
置中在占空比为 50 %且开关频率为 fsw=1 容式负载(CLOAD)变体和不同开关频率的热
MHz 下运行的驱动器的负载,在测试电
效应记录在表 3 中。驱动器输出级和两
路中对驱动器 1EDI60N12AF 进行了评估。
个外部栅极电阻(每个为 1.20)分担功
晶体管的典型总栅极电荷为 45 nC [3]。在
率损耗。 此测试电路中,电源电压为 50 V,而栅
密度。此驱动器系列的一些输出电流/栅
极电流级和配置保证了在布局、性能和
成本方面的优化系统设计。此驱动器的
因此,该器件系列满足成本导向、高性
能和高功率密度市场中各种应用的需求。
有关更多详情,请参阅[4]。 极驱动器电源电压为 VCC2=12 V。栅极充电
输出电流能力
电阻及栅极放电电阻为 1.2 。输出负载
输出电流是驱动器芯片最重要的参数之
电流为 0.5 A,而驱动器的电源电流为 一。在输出器件中,当 VDS=15 V 时,整个
56 mA。 集成功能和智能解决方案使其易于使用。
文献
1] H. Rettinger, ”1ED Compact – A new high performance, cost efficient, high 系列中最强的驱动器芯片 1EDI60I12AF 和
在此工作条件下,CoolMOS 的最大温
1EDI60N12AF 额定为最低峰值电流 Igate=6 度为 TCM=81°C,而驱动器的最大温度为
voltage gate driver IC family”, A。此额定值在整个温度范围中有效,因
TDrv=64°C。出于此原因,1EDI 紧凑型远
PCIM 2014, Germany 此在没有外部栅极电阻的动态短路测试
超过驱动 CoolMOS C7 所需的能力。即便
[2] J. Hancock, F. Stückler, E. Vecino, ”C7 中,电流值几乎是原来的两倍。因此,
在较高的开关频率下,该驱动器的表现
CoolMOS™:Mastering the Art of Quickness”, 许多应用不再需要像较旧的设计中常见
仍然正常。 Application Note AN 2012‐ 11 V1.0, Infineon Technologies 的额外放大电路。由于驱动器可以在导 通状态下提供最大为电源电压的输出电
结论 [3] Datasheet IPZ65R095C7 压并在关断状态下提供最低为 GND 的输
EiceDRIVER 紧凑型系列开发用于各种分立
[4] http://www.infineon.com/ eicedriver‐
出电压,因此可以避免额外放大电路的
式 IGBT、MOS、模块、碳化硅和氮化镓
输出电压下降的缺点。 开关。我们展示并讨论了测试电路中的 compact 2014 年第三期《Power Electronics Europe》 www.power‐mag.com 
Similar pages