提供米勒箝位的单电源/双电源 高电压隔离IGBT栅极驱动器 ADuM4135 产品特性 概述 4 A峰值驱动输出能力 输出功率器件电阻：<1 Ω 去饱和保护 隔离的去饱和故障报告 故障时软关断 带栅极检测输入的米勒箝位输出 隔离故障和就绪功能 低传播延迟：55 ns(典型值) 最小脉冲宽度：50 ns 工作温度范围：−40°C至+125°C 输出工作电压范围12 V至30 V 输入工作电压范围：2.3 V至6 V 输出和输入欠压闭锁(UVLO) 爬电距离：7.8 mm(最小值) 600 V rms或1,092 V直流工作电压时寿命可达20年 安全和法规认证(申请中) 依据UL 1577，1分钟5.7 kV ac CSA元件验收通知5A DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12 VIORM = 849 V峰值(加强/基本) ADuM4135是一款单通道栅极驱动器，专门针对驱动绝缘 应用 副边UVLO设置为IGBT通用的11 V阈值水平。 栅双极性晶体管(IGBT)进行了优化。ADI公司的iCoupler® 技术在输入信号与输出栅极驱动器之间实现隔离。 ADuM4135提供米勒箝位，以便栅极电压低于2 V时实现稳 健的IGBT单轨电源关断。输出侧可以由单电源或双电源供 电，是否使能米勒箝位功能也可以进行配置。 ADI公司芯片级变压器还提供芯片高压侧与低压侧之间的控 制信息隔离通信。芯片状态信息可从专用的管脚读取。当 器件副边出现故障时，可以在原边对复位操作进行控制。 去饱和检测电路集成在ADuM4135上，提供高压下IGBT的 短路工作保护。去饱和保护包含降低噪声干扰的功能，比 如在开关动作之后提供300 ns的屏蔽时间，用来屏蔽初始导 通时产生的电压尖峰。内部500 µA电流源有助于降低整体器 件数量，但如需提高抗噪水平，内部消隐开关也支持使用 外部电流源。 MOSFET/IGBT栅极驱动器 光伏逆变器 电机驱动 电源 功能框图 VSS1 1 VI+ VI– 3 2V TSD ADuM4135 1 2 2 CLAMP LOGIC UVLO 16 VSS2 15 GATE_SENSE 14 VOUT_ON 13 VDD2 12 VOUT_OFF 11 GND2 10 DESAT 9 VSS2 2 READY 4 MASTER LOGIC PRIMARY 1 FAULT 5 1 ENCODE DECODE DECODE ENCODE MASTER LOGIC SECONDARY 2 9V RESET 6 1 VSS1 8 1 UVLO 2 13082-001 2 VDD1 7 NOTES 1. GROUNDS ON PRIMARY AND SECONDARY SIDE ARE ISOLATED FROM EACH OTHER. 图1. Rev. 0 Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Technical Support www.analog.com ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 ADuM4135 目录 特性....................................................................................................1 ESD警告.......................................................................................7 应用....................................................................................................1 引脚配置和功能描述 .....................................................................8 概述....................................................................................................1 典型性能参数 .................................................................................9 功能框图 ...........................................................................................1 应用信息 .........................................................................................12 修订历史 ...........................................................................................2 PCB布局布线............................................................................12 技术规格 ...........................................................................................3 传播延迟相关参数 ..................................................................12 电气特性......................................................................................3 保护特性....................................................................................12 封装特性......................................................................................5 功耗 ............................................................................................14 法规信息......................................................................................5 直流正确性和磁场抗扰度 .....................................................15 隔离和安全相关特性................................................................5 隔离寿命....................................................................................15 DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)隔离特性.............6 典型应用....................................................................................16 建议工作条件 .............................................................................6 外形尺寸 .........................................................................................17 绝对最大额定值..............................................................................7 订购指南....................................................................................17 修订历史 2015年7月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 17 ADuM4135 规格 电气特性 以VSS1为基准的低端电压。以GND2为基准的高端电压，2.3 V ≤ VDD1 ≤ 6 V、12 V ≤ VDD2 ≤ 30 V，且TA = −40°C至+125°C。除 非另有说明，所有最小值/最大值规格适用于整个推荐的工作范围。所有典型规格在TA = 25°C、VDD1 = 5.0 V、VDD2 = 15 V 下测得。 表1. 符号 (最小) VDD2 VSS2 12 −15 参数 直流规格 高端电源 输入电压 VDD2 VSS2 输入电流，静态 VDD2 VSS2 逻辑电源 VDD1输入电压 输入电流 输出低电平 输出高电平 逻辑输入(VI+、VI−、RESET) 输入电流(仅VI+、VI−) 逻辑高电平输入电压 II VIH 逻辑低电平输入电压 VIL RESET内部下拉 RRESET_PD UVLO VDD1趋正阈值 VDD1趋负阈值 VDD1迟滞 VDD2趋正阈值 VDD2趋负阈值 VDD2迟滞 FAULT下拉FET电阻 典型值 (最大) 单位 测试条件/注释 30 0 V V VDD2 − VSS2 ≤ 30 V 4.37 6.21 mA mA 6 V 1.78 4.78 2.17 5.89 mA mA 输出低电平信号 输出高电平信号 +0.01 +1 µA V V V V kΩ 2.3 V ≤ VDD1 − VSS1 ≤ 5 V VDD1 − VSS1 > 5 V 2.3 V ≤ VDD1 − VSS1 ≤ 5 V VDD1 − VSS1 > 5 V 高电平就绪 IDD2 (Q) ISS2 (Q) VDD1 IDD1 VVDD1UV+ VVDD1UV− VVDD1UVH VVDD2UV+ VVDD2UV− VVDD2UVH RFAULT_PD_FET READY下拉FET电阻 去饱和(DESAT) 去饱和检测比较器电压 内部电流源 热关断 TSD正边沿 TSD迟滞 米勒箝位电压阈值 内部NMOS栅极电阻 TTSD_POS TTSD_HYST VCLP_TH RDSON_N 内部PMOS栅极电阻 RDSON_P 软关断NMOS 内部米勒箝位电阻 峰值电流 RDSON_FAULT RDSON_MILLER 3.62 4.82 2.3 −1 0.7 × VDD1 3.5 0.29 × VDD1 1.5 300 2.0 10.4 RRDY_PD_FET VDESAT, TH IDESAT_SRC 8.73 481 1.75 2.23 2.135 0.095 11.5 11.1 0.4 11 2.3 11 9.2 537 155 20 2 315 318 471 479 10.2 1.1 4.61 Rev. 0 | Page 3 of 17 50 V V V V V V Ω 5 mA时测试 50 Ω 5 mA时测试 9.61 593 V µA 12.0 2.25 625 625 975 975 22 2.75 °C °C V mΩ mΩ mΩ mΩ Ω Ω A 以VSS2为基准 250 mA时测试 1 A时测试 250 mA时测试 1 A时测试 250 mA时测试 100 mA时测试 VDD2 = 12 V，2 Ω栅极电阻 ADuM4135 符号 (最小) PW 50 tDEB_RESET 500 615 700 ns 传播延迟 tDHL, tDLH 40 55 66 ns 传播延迟偏斜4 tPSK 15 ns 输出上升/下降时间(10%至90%) tR/tF 11 16 22.9 ns 消隐电容放电开关屏蔽 向FAULT引脚报告去饱和故障的时间 tDESAT_DELAY tREPORT 213 312 0.5 529 2 ns µs 参数 开关规格 脉冲宽度1 RESET去抖 3 1 2 3 4 典型值 (最大) 单位 测试条件/注释 ns CL = 2 nF，VDD2 = 15 V， RGON2 = RGOFF2 = 3.9 Ω CL = 2 nF，VDD2 = 15 V， RGON2 = RGOFF2 = 3.9 Ω CL = 2 nF，RGON2 = RGOFF2 = 3.9 Ω， VDD1 = 5 V至6 V CL = 2 nF，VDD2 = 15 V， RGON2 = RGOFF2 = 3.9 Ω 最小脉冲宽度指保证额定时序参数的最短脉冲宽度。 参见功耗部分。 tDLH传播延迟根据输入上升逻辑高电平阈值VIH到VOUTx信号的输出上升10%阈值的时间测得。tDHL传播延迟根据输入下降逻辑低电平阈值VIL到VOUTx信号的输 出下降90%阈值测得。有关传播延迟参数的波形，参见图20。 tPSK指器件在建议工作条件范围内的相同工作温度、电源电压和输出负载下工作时测得的tDLH和/或tDHL的最差情况偏差。有关传播延迟参数的波形，参见 图20。 Rev. 0 | Page 4 of 17 ADuM4135 封装特性 表2. 参数 电阻(输入端到高端输出)1 电容(输入端到高端输出)1 输入电容 结至环境热阻 结至外壳热阻 1 (最小) 典型值 (最大) 单位 1012 Ω 2.0 pF 4.0 pF 75.4 °C/W 35.4 °C/W 符号 RI-O CI-O CI θJA θJC 测试条件/注释 4层印刷电路板(PCB) 4层PCB 假设器件为双端器件：引脚1与引脚8短接，引脚9与引脚16短接。 法规信息 ADuM4135正在接受表3所列机构的认证。 表3. UL(申请中) UL 1577 器件认可程序认可 单一保护， 5,700 V rms隔离电压 文件E214100 CSA(申请中) CSA元件验收通知5A批准 VDE(申请中) VDE0884-10认证 基本绝缘符合CSA 60950-1-07+A1+A2和 IEC 60950-1 2nd Ed.+A1+A2标准，780 V rms (1,103 V峰值)最大工作电压 符合CSA 60950-1-07+A1+A2和IEC 60950-1 2nd Ed. +A1+A2标准，390 V rms (551 V峰值)最大工作电压 文件205078 加强绝缘，849 V峰值 基本绝缘，849 V峰值 文件2471900-4880-0001 隔离和安全相关特性 表4. 参数 额定电介质隔离电压 最小外部气隙(间隙) 符号 L(I01) 数值 5700 7.8 min 单位 V rms mm 最小外部爬电距离 L(I02) 7.8 min mm 最小内部间隙 漏电阻抗(相对漏电指数) 隔离组 CTI 0.026 min >400 II mm V Rev. 0 | Page 5 of 17 测试条件/注释 持续1分钟 测量输入端至输出端， 隔空最短距离 测量输入端至输出端， 沿壳体最短距离 隔离距离 DIN IEC 112/VDE 0303第1部分 材料组(DIN VDE 0110，1/89，表1) ADuM4135 DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10)隔离特性 此隔离器适合安全限制数据范围内的增强隔离。通过保护电路保持安全数据。封装上的星号(*)标志表示通过560 V峰值工作 电压的DIN V VDE V 0884-10认证。 表5. VDE特性 描述 DIN VDE 0110装置分类 额定市电电压≤150 V rms 额定市电电压≤300 V rms 额定市电电压≤400 V rms 环境分类 污染度(DIN VDE 0110，表1) 最大工作绝缘电压 输入至输出测试电压，方法B1 输入至输出测试电压，方法A 跟随环境测试，子类1 跟随输入和/或安全测试，子类2 和子类3 最高允许过压 浪涌隔离电压 安全限值 VIORM × 1.875 = Vpd(m)，100%生产测试， tini = tm = 1秒，局部放电 < 5 pC VIORM x 1.5 = Vpd(m)，tini = 60秒，tm = 10秒， 局部放电 < 5 pC VIORM x 1.2 = Vpd(m)，tini = 60秒，tm = 10秒， 局部放电 < 5 pC VPEAK = 12.8 kV，1.2 µs上升时间，50 µs，50%下降时间 出现故障时允许的最大值 (见图2) VIO= 500 V 3.0 建议工作条件 2.5 表6. 参数 工作温度范围(TA) 电源电压 VDD11 VDD22 VDD2 − VSS22 VSS22 输入信号上升/下降时间 2.0 1.5 1.0 0.5 1 0 0 100 150 50 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 200 13082-002 SAFE OPERATING PVDD1 , PVDD1 , PVDD1 POWER (W) 最高结温 总安全功耗 在TS的绝缘电阻 测试条件/注释 2 以VSS1为基准。 以GND2为基准。 图2. ADuM4135热减额曲线，依据DIN V VDE V 0884-10 获得的安全限值与壳温的关系 Rev. 0 | Page 6 of 17 符号 特性 单位 VIORM Vpd (m) I至IV I至III I至II 40/105/21 2 849 1592 V峰值 V峰值 Vpd (m) 1274 V峰值 Vpd (m) 1019 V峰值 VIOTM VIOSM 8000 8000 V峰值 V峰值 TS PS RS 150 2.77 >109 °C W Ω 数值 −40°C至+125°C 2.3 V至6 V 12 V至30 V 12 V至30 V −15 V至0 V 1 ms ADuM4135 绝对最大额定值 表7. 参数 存储温度范围(TST) 工作环境温度范围(TA) 电源电压 VDD11 VDD22 VSS22 VDD2 − VSS22 输入电压 VI+、VI−、RESET VDESAT VGATE_SENSE VOUT_ON VOUT_OFF VOUT_ON、VOUT_OFF电流， 15 kHz时为1.5 µs 共模瞬变(|CM|) 1 2 表8. 最大连续工作电压1 额定值 −55°C至+150°C −40°C至+125°C −0.3 V至+6.5 V −0.3 V至+40 V −20 V至+0.3 V 35 V 参数 60 Hz交流电压 数值 600 V rms 直流电压 1,092 V峰值 1 2 −0.3 V至+6.5 V −0.3 V至VDD2 + 0.3 V −0.3 V至VDD2 + 0.3 V −0.3 V至VDD2 + 0.3 V −0.3 V至VDD2 + 0.3 V 6A 3 约束条件 20年寿命， 0.1%故障率， 零平均电压 受限于封装的爬电距离， 污染等级2， 材料组II2, 3 详情见隔离寿命部分。 若污染等级和材料组的要求不同，则限值也不同。 某些系统级标准允许元器件采用印刷线路板(PWB)爬电距离值。对于这 些标准来说，支持的直流电压可能更高。 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能 量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的 ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 −100 kV/µs至+100 kV/µs 以VSS1为基准。 以GND2为基准。 注意，等于或超出上述绝对最大额定值可能会导致产品永 久性损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任 何其它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推 断产品能否正常工作。长期在超出最大额定值条件下工作 会影响产品的可靠性。 表9. 真值表(正逻辑)1 VI+输入 VI−输入 L L H H X X L X X L H L H X X L X X 1 2 3 RESET引脚 H H H H H H H L3 X READY引脚 H H H H L 未知 L 未知 L FAULT引脚 H H H H 未知 L 未知 H3 未知 X=无关，L=低电平，H=高电平。 VGATE是受到驱动的栅极电压。 时间相关值。更多时序相关信息请参见“绝对最大额定值”部分。 Rev. 0 | Page 7 of 17 VDD1状态 VDD2状态 VGATE2 上电 上电 上电 上电 上电 上电 无电 上电 上电 上电 上电 上电 上电 上电 上电 上电 上电 无电 L L H L L L L L 未知 ADuM4135 引脚配置和功能描述 VSS1 1 VI+ 2 16 VSS2 VI– 3 READY 4 FAULT 5 12 VOUT_OFF RESET 6 11 GND2 VDD1 7 10 DESAT VSS1 8 9 TOP VIEW (Not to Scale) 15 GATE_SENSE 14 VOUT_ON 13 VDD2 VSS2 13082-003 ADuM4135 图3. 引脚配置 表10. 引脚功能描述 引脚编号 1, 8 2 3 4 引脚名称 VSS1 V I+ V I− READY 5 FAULT 6 7 9, 16 10 RESET VDD1 VSS2 DESAT 11 12 13 14 15 GND2 VOUT_OFF VDD2 VOUT_ON GATE_SENSE 描述 原边的参考地。 正逻辑CMOS输入驱动信号。 负逻辑CMOS输入驱动信号。 开漏逻辑输出。此引脚连接到一个上拉电阻以读取信号。 此引脚高电平状态表示该器件正常工作，并准备好提供栅极驱动。 READY低电平会禁止栅极驱动输出变为高电平。 开漏逻辑输出。此引脚连接到一个上拉电阻以读取信号。 此引脚上的低电平状态表示发生了去饱和故障。 故障条件会禁止栅极驱动输出变为高电平。 CMOS输入。故障存在时，将该引脚拉低可清除故障。 原边输入电源电压，2.3 V至5.5 V，以VSS1为基准。 副边负电源，−15 V至0 V，以GND2为基准。 去饱和状况检测。此引脚连接到一个外部电流源或上拉电阻。 此引脚支持NTC温度检测或其它故障条件。此引脚上的故障 会在原边的FAULT引脚上置位故障。在原边清除故障之前， 栅极驱动暂停。 在故障期间，一个故障关断N-FET慢慢地拉低栅极电压。 副边的参考地。此引脚连接到IGBT的发射极或受驱动MOSFET的源极。 关断信号的栅极驱动输出电流路径。 副边输入电源电压，12 V至30 V，以GND2为基准。 导通信号的栅极驱动输出电流路径。栅极电压检测输入和米勒箝位输出。 此引脚连接到受驱动的功率器件栅极。此引脚检测栅极电压以实现米勒箝位。 不使用米勒箝位时，应将GATE_SENSE连接到VSS2。 Rev. 0 | Page 8 of 17 ADuM4135 典型性能参数 CH1 = VI+ (2V/DIV) CH1 = VI+ (2V/DIV) 1 1 CH2 = VGATE (2V/DIV) CH2 = VGATE (5V/DIV) 2 B W CH2 5.0V B W M 100ns A CH1 520mV 10.0GS/s 20.0ps/pt CH1 2.0V 图4. 典型输入至输出波形，2 nF负载，5.1 Ω串联栅极电阻， VDD1 = +5 V，VDD2 = +15 V，VSS2 = −5 V B W CH2 5.0V B W M 100ns A CH1 520mV 10.0GS/s 20.0ps/pt 13082-007 CH1 2.0V 13082-004 2 图7. 典型输入至输出波形，2 nF负载，3.9 Ω串联栅极电阻， VDD1 = 5 V，VDD2 = 15 V，VSS2 = 0 V 4.0 VDD1 = 5.0V 3.5 CH1 = VI+ (2V/DIV) VDD1 = 3.3V 3.0 1 IDD1 (mA) CH2 = VGATE (5V/DIV) VDD1 = 2.3V 2.5 2.0 1.5 1.0 2 B W CH2 5.0V B W M 100ns A CH1 520mV 10.0GS/s 20.0ps/pt 0 13082-005 CH1 2.0V 图5. 典型输入至输出波形，2 nF负载，5.1 Ω串联栅极电阻， VDD1 = 5 V，VDD2 = 15 V，VSS2 = 0 V 0 200K 400K 600K FREQUENCY (Hz) 800K 1M 13082-008 0.5 图8. 典型IDD1 电流与频率的关系，占空比 = 50%，VI + = VDD1 60 50 CH1 = VI+ (2V/DIV) 1 VDD2 = 15V 40 IDD2 (mA) CH2 = VGATE (5V/DIV) 30 VDD2 = 20V 20 2 VDD2 = 12V B W CH2 5.0V B W M 100ns A CH1 960mV 10.0GS/s 20.0ps/pt 0 13082-006 CH1 2.0V 图6. 典型输入至输出波形，2 nF负载，3.9 Ω串联栅极电阻， VDD1 = +5 V，VDD2 = +15 V，VSS2 = −5 V 0 200K 400K 600K FREQUENCY (Hz) 800K 1M 13082-009 10 图9. 典型IDD2 电流与频率的关系，占空比 = 50%，2 nF负载，VSS2 = 0 V Rev. 0 | Page 9 of 17 ADuM4135 80 CH1 = VI+ (5V/DIV) tDLH tDHL 70 1 PROPAGATION DELAY (ns) CH2 = VGATE (5V/DIV) 2 CH3 = VDD2 (10V/DIV) 60 50 40 30 20 B B W CH2 5.0V B W W M 10.0µs A CH3 6.0V 1.0GS/s 1.0ns/pt 0 2.3 13082-010 CH1 5.0V CH3 10.0V 5.3 图13. 典型传播延迟与输入电源电压的关系， VDD2 − VSS2 = 12 V 图10. 典型VDD2 启动至输出有效 80 80 tDLH tDHL tDLH tDHL 70 PROPAGATION DELAY (ns) 70 60 50 40 30 20 60 50 40 30 20 10 10 17 22 VDD2 (V) 0 –40 13082-011 0 12 27 10 60 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 110 13082-014 PROPAGATION DELAY (ns) 3.3 4.3 INPUT SUPPLY VOLTAGE (V) 13082-013 10 3 图14. 典型传播延迟与环境温度的关系， VDD2 = 5 V，VDD2 – VSS2 = 12 V 图11. VDD2 = 15 V和VDD1 = 5 V时的典型传播延迟 与输出电源电压(VDD2 )的关系 30 CH1 = VI+ (5V/DIV) 1 CH2 = VGATE (10V/DIV) 20 2 CH3 = FAULT (5V/DIV) 15 10 3 CH4 = DESAT (5V/DIV) 0 12 tDLH tDHL 17 22 VDD2 (V) 27 4 CH1 5.0V CH3 5.0V B B W W CH2 10.0V CH4 5.0V B B W W M 200ns 5.0GS/s 图15. 去饱和事件和报告示例 图12. 典型上升/下降时间与VDD2 的关系，VDD2 – VSS2 = 12 V， VDD1 = 5 V，2 nF负载，RG = 3.9 Ω Rev. 0 | Page 10 of 17 A CH1 3.1V 200ps/pt 13082-015 5 13082-012 RISE/FALL TIME (ns) 25 ADuM4135 800 CH1 = VI+ (5V/DIV) 700 SOURCE RESISTANCE 1 500 400 CH2 = VGATE (5V/DIV) 300 2 100 –20 0 20 40 60 TEMPERATURE (°C) 80 100 120 CH1 5.0V CH3 10.0V 图16. 典型输出电阻(RDSON )与温度的关系 700 8 SOURCE RESISTANCE 500 400 300 SINK RESISTANCE 100 0 –40 CH2 5.0V W B W W M 10.0µs A CH3 6.0V 1.0GS/s 1.0ns/pt PEAK SINK IOUT 7 6 5 PEAK SOURCE IOUT 4 3 2 1 –20 0 20 40 60 TEMPERATURE (°C) 80 100 120 0 12 13082-017 RDSON (mΩ) PEAK OUTPUT CURRENT (A) 9 200 B 图18. RESET至输出有效示例 800 600 B 13082-018 3 13082-016 0 –40 CH3 = RESET (5V/DIV) SINK RESISTANCE 200 14.5 17 19.5 22 OUTPUT SUPPLY VOLTAGE (V) 24.5 图19. 典型峰值输出电流与输出电源电压的关系， 2 Ω串联电阻(IOUT 是进入/流出器件栅极的电流) 图17. 典型输出电阻(RDSON )与温度的关系，VDD2 = 15 V Rev. 0 | Page 11 of 17 13082-019 RDSON (mΩ) 600 ADuM4135 应用信息 PCB布局布线 输出保持禁用。FAULT引脚具有300 kΩ内部下拉电阻。 ADuM4135 IGBT栅极驱动器的逻辑接口不需要外部接口电 路。输入和输出供电引脚需要电源旁路。使用电容值在 0.01 μF到0.1 μF之间的小型陶瓷电容，以提供良好的高频旁 路。在输出电源引脚VDD2上，建议再增加一个10 μF电容， 以提供驱动ADuM4135输出端栅极电容所需的电荷。在输 出电源引脚上，应避免在旁路电容上使用过孔，或者应该 使用多个过孔来降低旁路电感值。较小的电容两端到输入 或输出电源引脚的走线总长不得超过5 mm。 去饱和检测 有时候，连接到ADuM4135的IGBT相关电路会发生元件失 效或故障，例如电感/电机绕组短路或电源/地总线短路 等。由此导致的过大电流会引起IGBT退出饱和状态。为了 检测这种故障并减小FET受损的可能性，ADuM4135采用 一个阈值电路。当高端驱动器开启时，如果DESAT引脚超 过9 V的去饱和阈值(VDESAT, TH)，则ADuM4135进入故障状态 并关闭IGBT。此时，FAULT引脚变为低电平。该器件提供 传播延迟相关参数 500 µA的内部电流源，并提供利用外部电流源或上拉电阻 传播延迟衡量逻辑信号穿过器件所需的时间。到低电平输 增强充电电流的选项。ADuM4135有一个内置屏蔽时间， 出的传播延迟可能不同于到高电平输出的传播延迟。 用于防止IGBT首次开启时的误触发。去饱和检测与向 ADuM4135指定tDLH作为上升输入高电平逻辑阈值(VIH)到输 FAULT引脚报告去饱和故障之间的时间小于2 µs (tREPORT)。 出上升10%阈值之间的时间(见图20)。同样，下降传播延 拉低RESET可清除该故障。RESET引脚有500 ns的去抖时间 迟(tDHL)定义为输入下降逻辑低电平阈值(VIL)到输出下降 (tDEB_RESET)。图21所示的时间tDESAT_DELAY提供300 ns的屏蔽时 90%阈值之间的时间。上升和下降时间取决于负载条件， 间，在IGBT开启时间的初始部分，让消隐电容接地的内部 并且不包含在传播延迟中，这是栅极驱动器的工业标准。 开关始终接低电平。 DESAT EVENT 90% OUTPUT V I+ 10% VIH VGATE VIL tDESAT_DELAY = 300ns tDLH tDHL tR tF DESAT SWITCH 13082-020 INPUT ON OFF ON OF F 图20. 传播延迟参数 ON < 200ns 传播延迟偏斜指在相同温度、输入电压和负载条件下工作 VCE 的多个ADuM4135器件的传播延迟之间的最大差异。 9V ~2µs RECOMMENDED 保护特性 VDD2 故障报告 9V 对于IGBT工作期间可能发生的故障，ADuM4135可提供保 VDESAT Vf 护。主要故障状况是去饱和。如果检测到饱和，ADuM4135 tREPORT < 2µs 至FAULT变为低电平超过500 ns，然后变为高电平。FAULT 13082-021 会关断栅极驱动并将FAULT置位低电平。输出保持禁用，直 FAULT 在FAULT下降沿复位至高电平。在FAULT处于低电平期间， 图21. 去饱和检测时序图 下面的设计示例请参考图28中的原理图和图21中的波形。 正常工作时，在IGBT关闭期间，IGBT上的电压VCE上升 Rev. 0 | Page 12 of 17 ADuM4135 至系统提供的供电轨电压。这种情况下，阻断二极管关 V I+ 断，保护ADuM4135不受高电压影响。在关闭期间，内部 去饱和开关接通，接受流经RBLANK电阻的电流，使CBLANK电 容保持低电压。在IGBT开启时间的前300 ns，DESAT开关 V I– 保持接通，DESAT引脚电压箝位在低电平。经过300 ns延 迟时间后，DESAT引脚被释放，可通过其上的内部电流源 或采用额外的可选外部上拉RBLANK上升至VDD2；如果被驱动 的开关集电极或漏极未能箝位的话，则增加电流驱动。 V DD2 VGATE_SENSE VRDESAT的作用是抑制此时的电流，其大小通常选择为100 Ω 2V VSS2 至2 kΩ左右。阻断二极管用于阻断IGBT集电极上高于高供 电轨的电压，其应是一个快速恢复二极管。 OF F ON 上。如果没有使用RBLANK电阻来增加消隐电流，那么消隐 LATCH ON 电容C BLANK上的电压以500 μA(典型值)的速率上升，并由 CBLANK电容划分。根据IGBT规格，2 µs左右的消隐时间是典 型的设计选择。当DESAT引脚电压升至9 V阈值以上时，就 会记录故障，并且在200 ns内，栅极输出变为低电平。输出 被故障关断N-FET拉低，其电阻比主栅极驱动器N-FET大 50倍左右，可执行软关断以降低突然关断动作中IGBT上出 现过压尖峰的可能性。在2 µs内，故障信息回传至原边FAULT O FF LATCH OFF 13082-022 MILLER CLAMP SWITCH 发生去饱和事件时，VCE升至去饱和检测电路的9 V阈值以 图22. 米勒箝位示例 热关断 如果ADuM4135的内部温度超过155°C(典型值)，器件便进 入热关断(TSD)状态。在热关断期间，READY引脚在原边 被拉低，栅极驱动禁用。发生TSD时，器件要等到内部温 度降至125°C(典型值)之后才会离开TSD，此时READY引脚 回到高电平状态，器件退出关断状态。 引脚。清除故障需要复位。 欠压闭锁(UVLO)故障 米勒箝位 ADuM4135集成了米勒箝位功能，在IGBT关断期间，它可 当电源电压低于指定的UVLO阈值时，即发生UVLO故 障。无论原边还是副边发生UVLO事件，READY引脚都会 以降低米勒电容引起的IGBT栅极电压尖峰。当输入栅极信 变为低电平，栅极驱动禁用。UVLO条件消除后，器件恢 号要求IGBT关闭时(驱动到低电平)，米勒箝位MOSFET最 复工作，READY引脚变为高电平。 初是关闭的。当GATE_SENSE引脚电压越过内部2 V基准电 压时(以VSS2为基准)，在IGBT关闭时间的剩余部分，内部 READY引脚 米勒箝位闩锁开启，从而为栅极电流创建第二条低阻抗电 开漏READY引脚是一个输出引脚，用于确认原边到副边的 流路径。米勒箝位开关继续开启，直至输入驱动信号从低 通信有效。当没有UVLO或TSD事件时，READY引脚保持高 电平变为高电平。时序的波形实例如图22所示。 电平。当READY引脚为低电平时，IGBT栅极变为低电平。 表11. READY引脚逻辑表 UVLO 无 有 无 有 Rev. 0 | Page 13 of 17 TSD 无 无 有 有 READY引脚输出 高电平 低电平 低电平 低电平 ADuM4135 FAULT引脚 栅极电阻选择 开漏FAULT引脚是一个输出引脚，用于指示去饱和故障已发 ADuM4135提供两个输出节点用于驱动IGBT。这样做的好 生。当FAULT引脚为低电平时，IGBT栅极变为低电平。发 处是用户可以选择两个不同的串联电阻来分别用于开通和关 生去饱和事件后，RESET引脚必须变为低电平至少500 ns， 断IGBT。一般希望关闭速度快于开启速度。为了选择串联 然后变为高电平，IGBT栅极驱动才会恢复工作。 电阻，应确定IGBT的最大允许峰值电流是多少。知道栅极 的电压摆幅和栅极驱动器的内部电阻，便可选择外部电阻。 RESET引脚 RESET引脚具有内部300 kΩ(典型值)下拉电阻。RESET引脚 支持CMOS逻辑电平。当RESET引脚处于低电平时，经过 500 ns去抖时间后，FAULT引脚上的任何故障都会被清除。 在RESET引脚保持低电平期间，VOUT_OFF上的开关闭合，使 IGBT栅极电压变为低电平。当RESET变为高电平时，任何 例如，若关闭峰值电流为4 A，(VDD2 – VSS2)为18 V，则： RGOFF = ((VDD2 − VSS2) − IPEAK × RDSON_N)/IPEAK RGOFF = (18 V − 4 A × 0.6 Ω)/4 A = 3.9 Ω 选定RGOFF之后，选择略大一点的RGON便可实现较慢的开启 故障都不存在，器件恢复工作。 <500ns IPEAK = (VDD2 − VSS2)/(RDSON_N + RGOFF) 时间。 500ns 功耗 在IGBT栅极驱动期间，驱动器必定会产生功耗。此功耗并 RESET 不是微不足道，如果不加以考虑，可能导致TSD。IGBT栅 极大致上可以仿真为一个容性负载。由于米勒电容及其它 13082-023 FAULT 图23. RESET时序 非线性因素影响，对所驱动负载的保守估计常常是将给定 IGBT的标称输入电容CISS乘以5倍。利用此值，通过下式可 估算开关操作引起的系统总功耗： VI+和VI−操作 ADuM4135有两路驱动输入VI+和VI−，用以控制IGBT栅极 驱动信号VOUT_ON和VOUT_OFF。VI+和VI−输入均使用CMOS逻 辑电平输入。VI+和VI−引脚的输入逻辑可通过将VI+引脚 置位高电平或将VI−引脚置位低电平来控制。VI−引脚为低 电平时，VI+引脚支持正逻辑。VI+引脚为低电平时，VI− 引脚支持负逻辑。如果故障置位，则传输阻塞，直至 RESET引脚清零故障。 PDISS = CEST × (VDD2 − VSS2)2 × fS 其中： CEST = CISS × 5。 fS为IGBT的开关频率。 内部栅极驱动器开关的内部导通电阻和外部栅极电阻(RGON 和RGOFF)共同产生此功耗。利用内部栅极电阻与总串联电 阻的比值，可以计算ADuM4135芯片内的损耗。 VI+ PDISS_ADuM4135 = PDISS × 0.5(RDSON_P/(RGON + RDSON_P) + VOUT_ON VI – RDSON_N/(RGOFF + RDSON_N)) 2 图24. VI +和VI −框图 最小脉冲宽度PW指保证时序规格的最短周期。 13082-024 VOUT_OFF FAULT 芯片内部的功耗乘以θJA，便可得出ADuM4135比室温高出 多少度。 TADuM4135 = θJA × PDISS_ADuM4135 + TAMB 为使器件不超出额定温度范围，TADUM4135不得超过125°C。 如果TADuM4135超过155°C(典型值)，器件便进入热关断状态。 Rev. 0 | Page 14 of 17 ADuM4135 直流正确性和磁场抗扰度 表面跟踪 ADuM4135具 有 抗 扰 性 能 ， 不 易 受 外 部 磁 场 的 影 响 。 电气安全标准中定义了表面跟踪：根据工作电压、环境条件 ADuM4135磁场抗扰度的限制是由变压器接收线圈中的感 和绝缘材料属性设置的最小表面爬电距离。安全机构执行 应电压的状态决定的，电压足够大就会错误地置位或复位 元器件的表面绝缘特性化测试，允许在不同的材料组中对 解码器。下面的分析说明发生错误读取的条件。检测 元器件进行分类。较低的材料组额定值对表面跟踪抵抗能 ADuM4135的2.3 V工作条件是因为这是最易受干扰的工作 力更强，因此能以较小的爬电距离提供足够长的寿命。给 模式。 定工作电压和材料组的最小爬电距离在各自的系统级标准 中定义，且以隔离端的总电压有效值、污染等级和材料组 为依据。ADuM4135隔离器的材料组和爬电距离参见表8。 10 绝缘磨损 与磨损有关的绝缘寿命由其厚度、材料属性和所施加的电 1 压应力确定。在应用的工作电压上验证产品具有充足的使 用寿命很重要。隔离器支持磨损的工作电压和支持跟踪的 0.1 工作电压可能有所不同。大部分标准中指定的工作电压适 用于跟踪。 0.01 测试与建模显示，长期性能下降的主要原因是聚酰亚胺绝 0.001 1K 10K 100K 1M 10M 100M MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz) 13082-029 MAXIMUM ALLOWABLE MAGNETIC FLUX DENSITY (kgauss) 100 图25. 最大允许外部磁通密度 可细分为多种类型，比如：直流应力，它造成的磨损极 少，因为无位移电流；以及随交流分量时间变化的电压应 1k 力，它会导致磨损。 DISTANCE = 1m 认证文档中的额定值通常基于60 Hz正弦应力而给出，因为 100 这样能反映线路电压的隔离。然而，很多实际应用中，在 隔离栅两端存在60 Hz交流和直流组合，如等式1所示。由 10 于仅交流部分的应力会产生磨损，因此可求解该等式，算 DISTANCE = 100mm 出交流电压有效值，如等式2所示。由于本产品的绝缘磨 1 损与所用的聚酰亚胺材料有关，因此交流电压有效值可确 DISTANCE = 5mm 定产品寿命。 0.1 0.01 1K 10K 100K 1M 10M MAGNETIC FIELD FREQUENCY (Hz) 100M 13082-030 MAXIMUM ALLOWABLE CURRENT (kA) 缘材料中的位移电流产生逐步的破坏。绝缘材料上的应力 或 图26. 不同电流至ADuM4135距离下 的最大允许电流 隔离寿命 其中： 所有的隔离结构在长时间的电压作用下，最终会被破坏。 VRMS是总工作电压有效值。 绝缘衰减率由施加于绝缘层、材料以及材料接口上的电压 VAC RMS是工作电压的时间变化部分。 波形特性决定。 VDC是工作电压的直流失调。 有两种绝缘衰减类型：暴露于空气中的表面击穿和绝缘磨 损。表面击穿是一种表面跟踪现象，是系统级标准中表面爬 电距离要求的主要决定因素。绝缘磨损是一种绝缘材料内部 的电荷注入或位移电流引起的长期绝缘性能下降的现象。 Rev. 0 | Page 15 of 17 ADuM4135 计算和参数使用示例 这是考察系统标准要求的爬电距离时与材料组和污染等级 下述示例常见于电源转换应用中。假设隔离一侧的线路电 一同使用的466 V RMS工作电压。 压为240 V AC RMS，并且隔离栅另一侧存在一个400 V DC 为了确定寿命是否足够长，可求解工作电压的时间变量部 总线电压，而且隔离材料为聚酰亚胺。为了获得确定器件 分。由等式2可求得交流电压有效值。 爬电距离、电气间隙以及使用寿命的关键电压值，请参见 本例中，交流电压有效值等于240 V rms线路电压。波形不 VAC RMS 是正弦波时，此计算相关性更高。交流波形值与表8中预 VRMS 期寿命的工作电压限值进行比较，小于60 Hz的正弦波，因 VDC 此完全位于20年工作寿命的限制范围内。 注意，表8中的直流工作电压由封装爬电距离确定，符合 IEC 60664-1标准。针对不同的系统级标准，该值可能有所 TIME 不同。 图27. 关键电压示例 从等式1可知，隔离栅上的工作电压为： 典型应用 图28中的典型应用原理图显示了带有额外RBLANK电阻的双 极性设置，可增加消隐电容的充电电流，用于去饱和检 测。RBLANK电阻为可选。如需单极性工作，则可以移除VSS2 电源，并且必须将VSS2与GND2相连。 ADuM4135 1 V DD1 1 1 1 V SS1 2 V I+ VSS2 16 GATE_SENSE 15 2 VOUT_ON 14 3 V I– 4 READY VDD2 13 5 FAULT V OUT_OFF 12 6 RESET GND 2 11 7 V DD1 DESAT 10 8 V SS1 VSS2 9 IC RG_ON VDD2 VSS2 + VCE – R G_OFF R BLANK C BLANK + VRDESAT – + Vf – R DSAT 2 NOTES 1. GROUNDS ON PRIMARY AND SECONDARY SIDE ARE ISOLATED FROM EACH OTHER. 图28. 典型应用原理图 Rev. 0 | Page 16 of 17 13082-032 VPEAK 13082-031 ISOLATION VOLTAGE 图27以及下述等式。 ADuM4135 外形尺寸 10.50 (0.4134) 10.10 (0.3976) 9 16 7.60 (0.2992) 7.40 (0.2913) 8 1.27 (0.0500) BSC 0.30 (0.0118) 0.10 (0.0039) COPLANARITY 0.10 0.51 (0.0201) 0.31 (0.0122) 10.65 (0.4193) 10.00 (0.3937) 0.75 (0.0295) 45° 0.25 (0.0098) 2.65 (0.1043) 2.35 (0.0925) SEATING PLANE 8° 0° 0.33 (0.0130) 0.20 (0.0079) COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-013-AA CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) 03-27-2007-B 1 图29. 16引脚标准小型封装[SOIC_W] 宽体(RW-16) 图示尺寸单位：mm和(inch) 订购指南 型号1 ADuM4135BRWZ ADuM4135BRWZ-RL EVAL-ADuM4135EBZ 1 温度范围 −40°C至+125°C −40°C至+125°C 封装描述 16引脚标准小型封装[SOIC_W] 16引脚标准小型封装[SOIC_W]，13”卷带和卷盘 评估板 Z = 符合RoHS标准的兼容器件。 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D13082sc-0-7/15(0) Rev. 0 | Page 17 of 17 封装选项 RW-16 RW-16