驅動電路設計是功率半導體應用的難點,涉及到功率半導體的動態過程控制及器件的保護,實踐性很強。為了方便實現可靠的驅動設計,英飛凌的驅動集成電路自帶了一些重要的功能,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,如何使得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,檢測短路工況,快速柔和地關斷。
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(截止2025年1月16日),分別屬于非隔離型、電平位移型和采用無磁芯變壓器的隔離型。
非隔離驅動器一般獨立用于低壓側,譬如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,但英飛凌還是采用了先進130納米制程的高壓柵極驅動器技術,更堅固可靠。
電平位移驅動器可以提供功能絕緣,可以驅動橋式電路的上下橋臂,上橋臂供電可以采用簡單的自舉的方式,系統簡單,成本低,主要用于家用電器、LED照明、電源、智能樓宇等領域的功率半導體驅動。近年英飛凌推出了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采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,帶精確離散小的DESAT保護、有源米勒鉗位,不同封裝可實現不同的絕緣等級,有UL 1577和IEC 60747-17認證。
驅動器產品舉例
由于驅動對象不同、應用系統要求不同,對驅動電路的要求也不同,最簡單的非隔離驅動器只有6個針腳,但過流保護(OCP)、故障報告和使能功能基本功能一應俱全,而一個汽車級的驅動器可能有36個腳,功能強大。
下圖是一個最簡單的驅動器,譬如單通道低邊柵極驅動器1ED44175N01B非常小,采用SOT-23六管腳,外型尺寸2.9*1.6mm,驅動電流高達+/-2.6A,還集成了過流保護(OCP)、故障報告FTL和使能EN功能。
1ED44175N01B集成過流保護(OCP)、故障報告和使能功能的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最大電流可以做到18A。還集成了兩級開通和關斷過程的電壓變化率控制和米勒鉗位。
圖:18A/5.7kV(rms)單通道隔離式柵極驅動器,帶兩級電壓變化率控制功能
下圖是一個功能復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-用于高壓汽車應用的隔離單通道IGBT驅動器
工業驅動器的功能
由于應用的需要,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就常用功能分類進行詳細解讀。
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