IGBT 单管栅极驱动器
51 言
,,
FAN8800 是带减饱和 (De.saturation) 和欠电压保护，为驱动 IGBT 单管而设计的单片
集成电路 CIC) 。它适合于驱动 IGBT 单管和模块，而且为驱动 MOSFETS 提供成本有效解
决。当 IGBT 因减饱和或过电流条件关闭时，集成故障反馈通知控制器。
特点:
~、
飞、
•
高电流输出
lA 源电流输出和 2A 灌电流
•
过电流和短路保护;
•
CMOS 兼容输入和故障状态指示:
也由P
,
、
•
可编程故障输出持续时间:
•
内置故障条件下的慢关断电路:
•
负的栅极驱动能力;
•
适合集成功率组件(丰莫块);
•
-40-105 C 工作温度范围。
..
0
器件
F~8800
la 作温度
0
8-DIP
0
-40 C-I05 C
引脚结构(排列)
,
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,
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崎 I
71
GNI)
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-65 -
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当
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内部结构框图
Block Oiagram
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,
V
捆回
-
、
-
I~
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t 、唱 ':f
晴、
绝对最大额定值
符号
数
去
二Y
电源电压
Y[N
YDESAT
PD
TOPR
Tstg
YEE-O .3-Ycc
-O .3 -YCC
0.56
-40-105
-55-150
V
V
YCC.Y EE
输出源电流
10
输出灌电流
故障输出源电流
故障输出灌电流
输入电压
减饱和电压
最大功率耗散 CTa=25 C)
0
工作环境温度范围
,
单位
l FO
FAN8800
36
1. 0
2.0
25
10
贮存温度范围
V
A
...
mA
w
℃
℃
推荐工作条件 CTa=25 C)
0
、~
参
数
符号
正电源电压
YCC
YEE
Ta
负电源电压
工作环境温度'
电气特性 CDC)
岳后走
'
数
0
CTa=25 C
典型
Min
+13
-13
-40
Ycc=15Y
YEE=OY)
条
|符号
Max
+18
-18
105
+15
-15
25
件
Min.
典型
M缸.
.
2.7
2.3
.
I
单位
逻辑输入
高输入门限电压
低输入门限电压
驱动输出
.
YII1
Y1L
1. 2
,
-66-
V
低输出电压
高输出电压
VOL
VOH
Isink=I.0A
Isource=500Ma
VFL
VFH
Isink=5.0A
Isource=20mA
.
2.0
14
2.4
0.2
13.5
1.0
11
.
V
V
V
V
12
V
.
故障输出
低故障输出电压
高故障输出电压
,,
.
欠压闭锁 (UVLO)
‘启动电压
失能电压(截止)
欠电压封锁滞后
VCCST
VtcDI
Hy
.
.
11
10
0.9
11. 5
10.5
1.0
12
11
11.1
ICHG
IDSCHG
VIN=OV,YDESAT=OY
YIN=Y CC ,VDESAT=Ycc
210
1. 0
300
2.5
380
μA
.
mA
减饱和输入
减饱和电流源
放电电流
过电流保护 (OCP) 和短路保护 (SCP)
川"、民
OCP 电压参考
SCP 电压参考
‘‘
VOCP
VSCP
.
.
4.0
5.8
4.5
6.5
5.0
7.3
V
V
ICCST
Iccop
VIN=High ,Output open
CL= 1.0nF,f=20KHZ
.
.
14
20
20
mA
mA
电源
待机电流
工作电流
电气特性(开关)
0
CTa=25 C
我
且'
Ycc=15Y
符
数
到高输出电平传播延迟时
-tTJ3-
TpLH
上~
VEE=OY)
条
fþ
Typ.
0.3 5
Max.
0.7
单位
.
.
0.3 5
0.7
MS
-
50
50
80
0.3
170
2.0
100
100
120
1. 0
320
5.0
nS
nS
Min.
Rg==O ,CL= 1. 0nF
μS
f与 IOKHZ ， Duty
间
到低输出电平传播延迟时
TpHL
Cycle=50%
间
上升时间
Tr
Tr
Tocp
Tscp
TDUR
TSLOW
下降时间
OCP 延迟时间
SCP 延迟时间
故障输出持续时间
慢关断时间
.
50
.
CDUR =2.7nf
CL=4.7nf
100
0.8
μS
μS
μS
,
特性曲线(族)
I~
,
Hl
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图
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-67 -
温度与 IccST
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温度与 TpLH
图 3
图 4
35
温度与 Tp且
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温度与 T SLOW
图 5
5日
图6
温度与 ICHG
目击
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T.(C)
线
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∞
e7
度
mwq温
ST
O
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m
叩
曲回到困凶
0. 4
0:2
图 8
DE
Tscp 随温度变化曲线
,
,
应用资料
保护
lGBT 的集电极电压与集电极电流成比例的增加。保护电路利用一支高压钳位二极管和
两个被设计成用作检测集电极电压替代集电极电流的比较器。(晶体管) Q4 工作与 IGBT 相
反。因此，二极管 (Dl :快速恢复二极管一 FRD) 是一个类似 IGBT 额定电压的高压二极管。
电容 COESAT 被充电到 V OESAT 电平(IGBT 开态电压+二极管正向压降)，充电电流源是 300
μA 在过电流保护 (OCp) 模式， VOESAT 脱扣 (trip) 电平直到 4 .5 V; 在短路保护 (SCp)
模式则到 6.5V 。
e矿
-68 -
Int<<Mal 相同睛
I
VL制:
,
4"!,I1图 9
保护电路
过电流保护 COCP) 模式
在开始驱动的时，电机为高转矩在低频( 100Hz) 上工作。在这个时间上，如果过电流
---.飞
在 IGBT 中流动 83 微秒(μs) ， FAN8800 脚 7 上则产生故障信号。这个 83μS 被叫作 TOCP
,
(在 FAN8800 内部的固定值)。
Input Sgni1 1
M
D争u t/，l'硝帆
o
61111 al
'
T臂"
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&\71:1 1
•
OulplltS咆n.:sl
图 10
,
OCP 模式定时图
SCP (短路保护〉模式
如果负载发生短路电流， FAN8800 内置的短路保护电路阻止 IGBT 损坏。当电流通过
•
, .‘
IGBT 超过解扣电平时，在 Tcha耶和 T叫后将启动控制关闭，产生故障输出。
Tcharge=COESAT X 6.5/300μA
在瞬时关断期间，因 IGBT 仍然关断，最小 Tcha耶为 IGBT 不错误动作作为 111 S 的 T由哪
是好的。在那个情况中， C 典型值是 220PF. 一只热特性好的电容适合于 COESAT 。
故障输出持续时间 CT DUR )
TOUR 是故障输出高电压期间的时间。为使故障输出信号能被 MICOM (微控制器)识
别
TOUR 根据下面等式决定:
TOUR =COURX
(5V 一1.
，矿
-69 -
4V) /55μA
如上面等式， T DUR 可通过 C DUR 改变。
Inpul Sìgnat
唰
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问
,
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图 11SCP 模式定时图
r咀嚼
保护测试
在短路保护 (SCP) 模式，如图1.2 所示。在短路测试电路中，单脉冲被触发。两种相
同的 SCP 保护方法被利用，带输出缓冲器的栅极驱动器和 FAN8800 直接驱动器。
叩vò
吕立?77777飞… 1…j
•
-1 1!V
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图 12
SCP 模式测试电路和波形
,
DUT (器件在测试下)有 30A/600V 的额定值，是短路适用 (rated) 类型它的 RG 是
20Q , CDESAT 是 220PF ， T伽咿是 5μs (典型值)。因为内部固定 Tscp 是 0 .3 μs (典型值)，
在 5 .3 μs t 典型值)内 V CE 降到较低的电平，甚至通过输入脉冲是很长的，如图 12 所示。
有一个输入给开通态信号期间的时间持续时间，但 V CE 在截止状态。 VCE 的慢降落也
显示在国中。在 OCP 模式中，。如图 13 所示，为了测试，一支可调电阻用作替代连接到集
电极，在测试电路中的输入频率是 4KHZ ，占因素是 50% 。
UVLO (欠电压封锁)
对于额定开通态电压， VCE 应是 15V 。如果 VCE 进入到 13V'以下，在大电流工作时 V CE(sat)
将增加，在 10V 的 VCE~F ， IGBT 将非常迅速地被加热。阻止这个情况发生， VCE 应保持它
的合适的值。如下面图 14 所示， UVLO 保持 FAN8800 正常操作超过 11.5V 的 .Vα 启动电压.
如果 V CC 降到 10.5V 失能 (disable ，或截止)电压以下，被锁定更 (any more) 不能操作。
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-70-
+I!剖
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Out
图 13
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C_ 尴 41nF
OCP 模式测试电路和波形
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51;11-4目 VOIt斟沪
、
L
iur陆
1 帽'
图 14
慢关断( Slow
•
UVLO 定时图
Turn-Off)
在故障下， IGBT 通过 FAN8800 的过电流保护 (ocp) 关闭。在那种情况下，在 VCE 上
,
v
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、•
,
-
A
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‘
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c
用 15
队N8800 慢关断等效电路图
-71 -
的电压尖锋(杂散电感 xdildt)必须通过减慢关断速度减至最小。 FAN8800 用 35mA 的
电流使 V GE 下落 <sink) 到截止电平，如图 15 所示。因此，关断时间内部等效电容决定，
如下面等式
,
Tslow=Cge X (l 5V 一 lV)/35mA
在栅极驱动器带缓冲器的情况中，由于输出缓冲器连接到 FAN8800 ，没有可能的路线
从 35rηA 的源直接到栅极。对于带输出缓冲器的栅极驱动器，我们建议一个关断的新方法。
R田"
飞
叫.
16
带输出缓冲器的栅极驱动器的慢关断寺效电路
如图 16 所示，在 Q2 和 V EE 之间，插入一只 P 沟道 MOSFET(Q3) ，使 FAN8800 驱动器‘
有慢关断的功能。在正常操作中， IGBT 和 Q3 同时导通。在正常操作中当 IGBT 关断时，
Q3 为栅极降落到 V EE 给山一个通路。在 IGBT 关断结束后， Q3 被关断。依靠故障信号， Q3
和 IGBT 依靠灌( sink) 电流通过电阻 RSLOW 被缓慢关断。
典型应用电路
,
连接引脚必须尽可能地减短， CDESAT 和 C DUR 对于用户想使用的专门系统应当适当设计。
在带 200A/600V
IGBT 和上面的应用中，应使用输出缓存器。在其它情况中，-与应用'
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,
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工
4
图 17A
采用 FA~~800 的典型应用电路(利用单电源)
-72-
FAN8800 一道适当足够地驱动一只 IGBT 。图 17A ，
17B 和图 18 显出了具体的应用电路。
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,
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F
、
岛
图 17B
采用 FAN8800 的典型应用电路(利用双电源)
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3
108T
5
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户~
‘
图 18
利用输出缓冲器的典型应用电路
.1
-73 -
www.fairchildsemi.com
FAN8800 (KA3162)
Single IGBT Gate Driver
Features
Description
•
•
•
•
•
•
•
•
•
The FAN8800 is a monolithic integrated circuit designed for
driving single IGBT with De-saturation and undervoltage
protection. It is suitable for driving discrete and module
IGBTs, and further, it offers a cost effective solution for driving power MOSFETs. The integrated fault feedback notifies
the controller when the IGBT is shutdown due to a De-saturation or a over current condition.
High Current Output: 1.0A Source and 2.0A Sink
Protection against Overcurrent and Short circuit
CMOS Compatible Input and Fault Status Indicator
Programmable Fault-Out Duration Time
Built in Slow Turn-off Circuit Under Fault Condition
Undervoltage Lockout Optimized for IGBTs
Negative Gate Drive Capability
Suitable for Integration in Power Modules
-40 to 105°C Operating Temperature
8-DIP
ETC. DRIVE IC
Typical Applications
• Gate drive for single insulated gate bipolar TR
• Gate drive for single MOSFET
Rev. 1.0.0
©2000 Fairchild Semiconductor Corporation
FAN8800 (KA3162)
Pin Assignments
TDUR
1
8
DESAT
GND
2
7
FAULT
FAN8800
IN
3
6
VCC
Vee
4
5
OUT
ETC. DRIVE IC
( Top View )
Pin Definitions
2
Pin Number
Pin Name
Pin Function Descrition
1
TDUR
Fault Output Duration(Adjustment Capacitor for Fault-Out Duration)
2
GND
Ground
3
IN
4
Vee
Gate drive voltage output
5
OUT
Output supply voltage (Negative)
6
VCC
Output supply voltage (Positive)
7
FAULT
Fault Output. FAULT changes from a logic low state to a logic high output
when a fault condition is detected.
8
DESAT
De-saturation voltage input. When the voltage on DESAT exceeds an
internal reference voltage of 6.5v while the IGBT is on, FAULT output is
changed from a logic low state to a logic high state.
Inverting gate drive voltage output (Vout) control input
FAN8800 (KA3162)
Internal Block Diagram
S
FAULT 7
Q
-
8
DESAT
6
Vcc
4
Vee
R
+
Ref1
6.5v
TDUR
1
Fault-Out
Duration
Delay
+
Ref2
4.5v
UVLO
2
IN
3
Slow
Turn off
Control
Buffer
Output
Circuit
5 OUT
ETC. DRIVE IC
GND
3
FAN8800 (KA3162)
Equivalent Circuits
Driver Input
Driver Output
Vcc
Vcc
5
3
Vee
Vee
ETC. DRIVE IC
Fault Out
Desat
Vcc
300uA
2K
7
8
Vee
Vee
TDUR
2K
1
Vee
4
2K
FAN8800 (KA3162)
Absolute Maximum Ratings (Ta = 25°°C)
Parameter
Symbol
Value
Unit
Power Supply Voltage
VCC - Vee
36
V
Output Source Current
Output Sink Current
IO
1.0
2.0
A
Fault Output Source Current
Fault Output Sink Current
IFO
25
10
mA
Input Voltage
Vin
Vee - 0.3 to VCC
V
VDESAT
-0.3 to VCC
V
PD
0.56
W
Operating Ambient Temperature Range
TOPR
-40 to 105
°C
Storage Temperature Range
TSTG
-55 to 150
°C
De-saturation Voltage
Power Dissipation and Thermal Characteristics
Maximum Power Dissipation @Ta =25°C
Recommened Operating Conditions (Ta = 25°°C)
Symbol
Min.
Typ.
Max
Unit
Total Supply Voltage
VCC
+13
+15
+18
V
Operating Power Supply Voltage
Vee
-13
-15
-18
V
Operating Ambient Temperature
Ta
-40
25
105
°C
ETC. DRIVE IC
Parameter
5
FAN8800 (KA3162)
Electrical Characteristics (Ta = 25°°C)
Parameter
Symbol
Conditions
Min.
Typ.
Max.
Units
High Input Threshold Voltage
VIH
-
-
2.7
3.2
V
Low Input Threshold Voltage
VIL
-
1.2
2.3
-
-
2.0
2.4
12
14
-
-
0.2
1.0
LOGIC INPUT
DRIVE OUTPUT
Low Output Voltage
VOL
Isink=1.0A
High Output Voltage
VOH
Isource=500mA
Low Fault Output Voltage
VFL
Isink=5.0A
High Fault Output Voltage
VFH
Isource=20mA
11
13.5
-
V
FAULT OUTPUT
V
UVLO
Start-up Voltage
VCCST
-
11
11.5
12
V
Disable Voltage
VCCDI
-
10
10.5
11
V
HY
-
0.9
1.0
11.1
V
Vin=0V, VDESAT=0V
210
300
380
µA
Vin=Vcc, VDESAT=Vcc
1.0
2.5
-
mA
ETC. DRIVE IC
UVLO Hysteresis
DESATURATION INPUT
De-saturation Current Source
Discharge Current
ICHG
IDSCHG
OCP and SCP
OCP Voltage Reference
VOCP
-
4.0
4.5
5.0
µA
SCP Voltage Reference
VSCP
-
5.8
6.5
7.3
mA
POWER SUPPLY
Standby Current
ICCST
Vin = High, Output open
-
14
20
mA
Operating Current
ICCOP
CL=1.0nF, f=20kHz
-
20
30
mA
Propagation Delay Time to High
Output Level
TPLH
Rg=0, CL=1.0nF
f=10kHz, Duty Cycle=50%
-
0.35
0.7
µs
Propagation Delay Time to Low
Output Level
TPHL
-
0.35
0.7
µs
Rise Time
Tr
-
50
100
ns
Fall Time
Tf
-
50
100
ns
OCP Delay Time
TOCP
50
80
120
µs
SCP Delay Time
TSCP
-
0.3
1.0
µs
Fault Output Duration Time
TDUR
Cdur=2.7nF
100
170
320
µs
CL=4.7nF
0.8
2.0
5.0
µs
Slow turn-off time
6
TSLOW
FAN8800 (KA3162)
Application Information
1. FAULT-OUT DURATION TIME (TDUR)
1) Two modes in Fault-Out Duration.
- OCP mode
Fault-Out Duration operates after TOCP.
- SCP mode
If Vpin8 is over 6.5V, Fault-Out Duration will operate after TSCP.
2) TDUR (It can be adjusted by external capacitor (CDUR) is
TDUR = C DUR ⁄ 55µA × ( 5V – 1.4V )
= 2.7nF ⁄ 55µA × ( 5V – 1.4V )
= 176µs
2. SLOW TURN-OFF (TSLOW)
ETC. DRIVE IC
Vlink
L
O
A
D
Internal Circuit
Q1
5
Low
Q2
Low
Q3
1) When SCP (Short Circuit Protection) is operated, Q3 turns on and Q2 turns on.
2) In the upper condition, Q2 flows the constant current of 35mA.
3) The capacitance of IGBT as the load is discharging by 35mA, that is Slow Turn-off.
4) Slow Turn-off time is
TSLOW = C IGBT ⁄ 35mA × ( V5max – V5min )
= 4.7nF ⁄ 35mA × ( 15V – 1V )
= 1.9µs
7
FAN8800 (KA3162)
3. OCP DELAY TIME (TOCP)
1) If the saturation detector(DESAT or Vpin8 ) is 4.5V < Vpin8 < 6.5V, the Fault-Out signal will be high after TOCP.
2) TCOP (This value is fixed internally) is
T OCP = 50pF ⁄ 3µA × 5V
= 83µs
4. CHARGE TIME IN THE DE-SATURATION DETECTION
Internal Circuit
Vlink
-
ETC. DRIVE IC
+
L
O
A
D
300uA
8
6.5V
Detect
Control
D1
CDESAT
Q4
+
4.5V
1) When the signal of Drive Output (Vpin5) is high, Q4 turns on and it is operated De-saturation Detection Mode in upper figure. In this mode, when it detects the voltage of collector- emitter terminal of IGBT through D1.
If Vce(sat) + Vf of D1 > 4.5V, it is operated OCP Mode.
If Vce(sat) + Vf of D1 > 6.5V, it is operated SCP Mode.
When the input signal of IGBT is from low-state to high-state, Q4 turns off and it is operated De-saturation Detection
Mode. On this times, the voltage of collector-emitter terminal of IGBT is not saturation-state yet.
This period is said On Time Delay (Td (on) ).
Here, the operation of CDESAT is following ; When CDESAT is charged by current source of 300uA and so it prevents
operating error for Td (on) of IGBT.
2) Slope of Vpin8 is
∆V ⁄ ∆T = 300µA ⁄ C DESAT
8
FAN8800 (KA3162)
Timing Chart
UVLO Operation
Vpin6[V]
Start-up Voltage
Disable Voltage
15
11.5
10.5
Time
0
Vpin5[V]
15
Time
0
ETC. DRIVE IC
Input and Output Signal
Input Signal
TPHL
TPLH
Output Signal
Tr
Tf
9
FAN8800 (KA3162)
Timing Chart (Continued)
OCP Delay time
Input Signal
[V]
4.5
Vpin8 Signal
Time
0
TOCP
Vpin7 Signal
ETC. DRIVE IC
TDUR
Output Signal
SCP Delay time
Input Signal
[V]
6.5
Vpin8 Signal
0
Time
TSCP
Vpin7 Signal
TDUR
Output Signal
TSLOW
10
FAN8800 (KA3162)
Typical Perfomance Characteristics
1. Vcc vs. Icc
2. Temperature vs. ICCST
14
16
ICCST[mA]
ICCST[mA]
13.5
13
12.5
8
4
12
11.5
12
13
14
15
16
17
0
18
-50 -25
Vcc[V]
50
75
100 125
ETC. DRIVE IC
4. Temperature vs. TPHL
400
400
300
300
TPHL[ns]
TPLH[ns]
25
Temperature[]
3. Temperature vs. TPLH
200
100
0
0
200
100
-50 -25
0
25
50
75
Temperature[]
100 125
0
-50 -25
0
25
50
75
100 125
Temperature[]
11
FAN8800 (KA3162)
Typical Perfomance Characteristics (Continued)
5. Temperature vs. TSLOW
6. Temperature vs. ICHG
400
3.5
350
2.5
ICHG[uA]
ISLOW [us]
3
2
1.5
1
300
250
0.5
0
-50 -25
0
25
50
75
200
100 125
-50
-25
ETC. DRIVE IC
Temperature[]
110
1.2
100
1
ISCP[us]
IOCP[us]
1.4
90
80
60
0.2
50
75
Temperature[]
12
100 125
0.6
0.4
25
75
0.8
70
0
50
8. Temperature vs. TSCP
120
-50 -25
25
Temperature[]
7. Temperature vs. TOCP
50
0
100 125
0
-50
-25
0
25
50
75
Temperature[]
100 125
FAN8800 (KA3162)
Typical Application Circuits
Single Power Supply Application
Vlink
L
O
A
D
FAN8800
1
8
TDUR
Vcc
2
7
GND
Signal
Input
DESAT
FAULT
Fault
Output
Vcc
6
3
IN
Vcc
+
ETC. DRIVE IC
5
4
Vee
OUT
Dual Power Supply Application
Vlink
L
O
A
D
FAN8800
8
1
TDUR
DESAT
2
7
GND
FAULT
Fault
Output
Vcc
Signal
Input
3
6
IN
Vcc
4
5
Vee
Vee
+
OUT
+
13
FAN8800 (KA3162)
ETC. DRIVE IC
Ordering Information
14
Device
Package
Operating Temperature
FAN8800
8-DIP
-40°C ~ +105°C
FAN8800 (KA3162)
ETC. DRIVE IC
15
ETC. DRIVE IC
FAN8800 (KA3162)
LIFE SUPPORT POLICY
FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES
OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR
CORPORATION. As used herein:
1. Life support devices or systems are devices or systems
which, (a) are intended for surgical implant into the body,
or (b) support or sustain life, and (c) whose failure to
perform when properly used in accordance with
instructions for use provided in the labeling, can be
reasonably expected to result in a significant injury of the
user.
2. A critical component in any component of a life support
device or system whose failure to perform can be
reasonably expected to cause the failure of the life support
device or system, or to affect its safety or effectiveness.
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Stock#DSxxxxxxxx
1999 Fairchild Semiconductor Corporation