驅動電路設計是功率半導體應用中的難點,涉及到功率半導體的動態過程控制及元件的保護,實踐性非常強。為了方便實現可靠的驅動設計,英飛凌的驅動集成電路內建了一些重要功能,本系列文章將詳細講解如何正確理解和應用這些驅動器的功能。
每一個功率開關都需要一個驅動器,功率開關在系統中會承受高壓大電流,如何讓功率半導體優雅地開通和關斷,驅動電路功不可沒。另外,驅動電路還需要承擔功率開關保護的重任,檢測短路狀況,快速且柔和地關斷。
驅動器的大類
功率半導體驅動是一種值得研究的技術,驅動對象不同、應用系統要求不同,對驅動電路的要求也不同,英飛凌共有441個不同的型號(截至2025年1月16日),分別屬於非隔離型、電平位移型以及採用無磁芯變壓器的隔離型。《好物下載丨《英飛凌柵極驅動電路設計選型指南》——92頁產品資訊和技術資料》
非隔離驅動器一般獨立用於低壓側,例如Boost PFC電路、單管準諧振電路、電池供電的電動工具等。非隔離驅動器是低壓驅動器,但英飛凌仍然採用了先進的130奈米製程高壓柵極驅動器技術,更加堅固可靠。
電平位移驅動器可以提供功能絕緣,能夠驅動橋式電路的上下橋臂,上橋臂供電可以採用簡單的自舉方式,系統簡單,成本低,主要應用於家用電器、LED照明、電源、智慧建築等領域的功率半導體驅動。近年來,英飛凌推出了1200V版本,除了針對380V三相交流供電的熱泵、HVAC、CAC等,還進入了小功率工業電機驅動領域。
電隔離驅動器英飛凌採用的磁耦合隔離技術,為工業應用中的功率半導體提供電隔離的驅動和保護。英飛凌最高電流規格的工業級隔離型柵極驅動輸出電流高達18A,減少了對外部擴展電路的需求,並具備精確離散小的DESAT保護、有源米勒鉗位。不同封裝可實現不同的絕緣等級,並通過了UL 1577和IEC 60747-17認證。
驅動器產品舉例
由於驅動對象不同、應用系統需求不同,對驅動電路的要求也有所不同。最簡單的非隔離驅動器僅有6個針腳,但過流保護(OCP)、故障報告和啟用功能等基本功能一應俱全;而一個汽車級的驅動器可能有36個針腳,功能非常強大。
下圖是一個最簡單的驅動器,例如單通道低邊柵極驅動器1ED44175N01B非常小,採用SOT-23六腳封裝,外型尺寸為2.9*1.6mm,驅動電流高達+/-2.6A,還整合了過流保護(OCP)、故障報告FTL和啟用EN功能。影片《集成過流保護的25V單通道低側柵極驅動器1ED4417x系列產品》
1ED44175N01B 集成過流保護(OCP)、故障報告和啟用功能的 25V 單通道低邊柵極驅動器
下圖是DSO-8 300mil八針腳寬體封裝的隔離型驅動器,1ED3241MC12H和1ED3251MC12H最大電流可以達到18A。還整合了兩級開通和關斷過程的電壓變化率控制以及米勒鉗位。影片《兩級電壓變化率控制(2L-SRC)驅動晶片解決驅動電阻選擇難題》
圖:18A/5.7kV(rms)單通道隔離式閘極驅動器,具備兩級電壓變化率控制功能
下圖是一個功能複雜的汽車級單通道驅動器,需要36個引腳封裝,功能完備,使得系統的汽車安全完整性等級達到ASIL C/D,1EDI2002AS說明書就有146頁。
圖:1EDI2002AS EiceDRIVER™ SIL-用於高壓汽車應用的隔離單通道IGBT驅動器
工業驅動器的功能
由於應用的需求,英飛凌在工業級功率半導體驅動器中實現了各種功能,從下表的縮寫表中就可以預覽各種功能,本驅動電路系列文章將針對常用功能分類進行詳細解讀。
參考資料
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