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