EiceDRIVER? 2EDR8259H等雙路隔離柵極驅動器IC深度解析
EiceDRIVER? 2EDR8259H等雙路隔離柵極驅動器IC深度解析
在功率轉換系統(tǒng)的設計中，柵極驅動器起著至關重要的作用，它直接影響著功率開關的性能和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。今天，我們就來深入探討英飛凌的EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列雙路隔離柵極驅動器IC。
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產品概述
EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X是一系列雙路隔離柵極驅動器IC，專為驅動Si和SiC MOSFET以及GaN HEMT功率開關而設計。所有產品均采用DSO封裝，輸入到輸出爬電距離為8mm，并通過片上無芯變壓器（CT）技術提供加強隔離。其中，14引腳DSO封裝的2EDRx259X和2EDRx258X變體提供了更大的通道間爬電距離，適用于更高母線電壓或更高污染程度的應用，并且通常可以簡化PCB布線。
該系列產品的所有版本都提供可選的直通保護（STP）和死區(qū)時間控制（DTC）功能，允許其作為雙路低端、雙路高端或半橋柵極驅動器運行，并可配置死區(qū)時間。憑借出色的共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）、低器件間偏差和快速信號傳播，這些產品非常適合用于快速開關功率轉換系統(tǒng)。
產品特性
- 高速輸入輸出傳播：具有38ns的快速輸入到輸出傳播時間，且穩(wěn)定性極佳（±9/-5ns）。
- 強大的輸出級：能夠提供典型的5A源電流和9A灌電流峰值。
- 快速輸出鉗位：當$V_{DDA / B}
- 快速UVLO恢復時間：小于2μs。
- 多種UVLO選項：提供4V、8V、12V、15V四種$V_{DDA / B}$欠壓鎖定（UVLO）選項。
- 高CMTI：$CMTI >150 V / ns$。
產品型號與參數(shù)
| 部件編號 | UVLO | EN/DIS | 封裝 |
|---|---|---|---|
| 2EDR8259H | 8V | DIS | DSO16 - 300mil |
| 2EDR7259X | 4V | DIS | DSO14 - 300mil |
| 2EDR8259X | 8V | DIS | DSO14 - 300mil |
| 2EDR9259X | 15V | DIS | DSO14 - 300mil |
| 2EDR8258X | 8V | EN | DSO14 - 300mil |
| 2EDR6258X | 12V | EN | DSO14 - 300mil |
| 2EDR9258X | 15V | EN | DSO14 - 300mil |
隔離與安全認證
該系列產品具有多項隔離與安全認證，如UL1577（$V{ISO }=5700 V{RMS }$，認證編號E311313；$V{IOSM }=6875 V{pk}$，認證編號40052310）、VDE0884 - 11（$V{IOTM }=8000 V{pk}$，$V{IORM }=1767 V{pk}$）、IEC 60747 - 17（認證編號40055138）、IEC62368 - 1（認證編號40052310，附錄500Z1）等，為產品在各種應用中的安全性提供了可靠保障。
潛在應用領域
這些驅動器IC適用于多種應用場景，包括服務器、電信開關電源（SMPS）、電動汽車（EV）車載充電器、低壓驅動器和電動工具、太陽能微逆變器、太陽能優(yōu)化器、工業(yè)電源（SMPS、住宅不間斷電源UPS）等。
功能描述
電源與欠壓鎖定（UVLO）
由于輸入到輸出和通道間的隔離，該驅動器需要三個具有獨立電源管理的電源域。輸入和輸出電源的欠壓鎖定（UVLO）功能確保了在所有運行條件下都能實現(xiàn)明確的啟動和強大的功能。
- 輸入電源電壓：輸入芯片通過$V{DDI}$供電，支持3V至17V的寬電源電壓范圍。建議在$V{DDI}$和$GNDI$之間靠近器件的位置放置一個陶瓷旁路電容，最小旁路電容值為100nF。輸入電源的UVLO功能確保在$V{DDI}$低于UVLO時，無數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵鰝?，柵極驅動器輸出保持低電平；當$V{DDI}$超過UVLO電平，PWM輸入信號傳輸?shù)捷敵鰝取?/li>
- 輸出電源電壓：兩個輸出芯片分別通過$V{DDA}$和$V{DDB}$（最高20V）兩個獨立電源電壓供電。建議在$V{DDA}$和$GNDA$以及$V{DDB}$和$GNDB$之間靠近器件的位置放置兩個陶瓷旁路電容，最小電容值為$20 ×C{iss}$（MOSFET輸入電容），以確保電源引腳的紋波在可接受范圍內（$V{DDO}$的5%）。輸出電源的UVLO功能確保只有當輸出電源電壓超過輸出側UVLO時，柵極驅動器輸出才能切換，從而保證開關晶體管不會在驅動電壓過低的情況下工作。
輸入級 - INA、INB、DISABLE
輸入信號$INA$和$INB$控制兩個獨立的PWM通道，輸入信號以非反相方式傳輸?shù)较鄳臇艠O驅動器輸出$OUTA$和$OUTB$。所有輸入均與LV - TTL閾值電平兼容，并提供典型0.8V的遲滯，且該遲滯與電源電壓$DDI$無關。PWM輸入內部下拉至邏輯低電壓電平（$GNDI$），在電源啟動序列中，若PWM控制器信號狀態(tài)未定義，柵極驅動器輸出將強制為“關”狀態(tài)（低電平）。$DIS/EN$輸入處于高/低狀態(tài)時，將無條件驅動兩個通道輸出為低電平，而不受$INA$或$INB$狀態(tài)的影響。
直通保護和可配置死區(qū)時間 - STP/DTC
| 直通保護功能在兩個輸入信號$INA$和$INB$均為高電平時，將輸出$OUTA$和$OUTB$下拉，推薦在驅動器用作半橋驅動器時啟用該功能，以防止因$INA$和$INB$意外重疊而導致的危險直通現(xiàn)象。通過$STP/DTC$引腳可以確保并配置死區(qū)時間，具體邏輯如下： | STP/DTC引腳條件 | 直通保護 | 可配置死區(qū)時間 |
|---|---|---|---|
| 連接到$V_{DDI}$或懸空 | 禁用 | 禁用 | |
| 通過電阻$R_{DTC}$連接到$GNDI$ | 啟用 | 啟用，$t{dt}[ns]=10×R{DTC}[kΩ]$ |
驅動器死區(qū)時間邏輯在輸入信號下降沿觸發(fā)，并延遲另一個輸入信號的上升轉換。只有當驅動器配置的死區(qū)時間長于輸入信號自身的死區(qū)時間時，才會分配該延遲。建議使用精度為1%、阻值在1kΩ至100kΩ范圍內的電阻來配置死區(qū)時間，同時應避免在DTC引腳連接電容。
柵極驅動器輸出
采用互補MOS晶體管實現(xiàn)的軌到軌輸出級，能夠提供典型的5A源電流和9A灌電流峰值。低導通電阻與高驅動電流相結合，對于大型MOSFET的快速開關尤為有利。在大多數(shù)應用中，驅動器可被視為近乎理想的開關。在輸入懸空或電源電壓不足（未超過UVLO閾值）的情況下，驅動器輸出將主動鉗位到“低”電平（$GNDA$、$GNDB$）。
快速主動輸出鉗位（UVLO條件下）
欠壓鎖定（UVLO）可確保在電源低于UVLO閾值時，柵極驅動器輸出不工作。但僅靠UVLO不足以保證驅動器輸出保持低電平，功率級中的瞬變或噪聲可能會拉高驅動器輸出節(jié)點和柵極電壓，導致開關意外導通。通過輸出級的快速輸出鉗位電路，驅動器可確保在所有UVLO情況下對輸出引起的過沖進行安全操作，該電路能夠快速響應并有效鉗位輸出引腳（$OUTA$、$OUTB$）。
電氣特性
絕對最大額定值
| 該驅動器的絕對最大額定值規(guī)定了其正常工作的極限條件，超過這些值可能會對器件造成永久性損壞，長時間暴露在絕對最大額定值條件下可能會影響器件的可靠性。具體參數(shù)如下表所示： | 參數(shù) | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | 備注或條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電源電壓 | $V_{DDI}$ | -0.3 | 18 | V | |||
| 輸出電源電壓（$VDDA$、$VDDB$引腳） | $V{DDA}$、$V{DDB}$ | -0.3 | 22 | V | |||
| 輸入引腳（$INA$、$INB$、$DIS/EN$）直流電壓 | $V_{IN}$ | -0.3 | - | 18 | V | ||
| 輸入引腳（$INA$、$INB$、$DIS/EN$）瞬態(tài)電壓 | $V_{IN}$ | -5 | V | 50ns瞬態(tài) | |||
| DTC引腳電壓 | $V_{DTC}$ | $V_{DDI}+0.3$ | V | ||||
| 輸出引腳（$OUTA$、$OUTB$）直流電壓 | $V_{OUT}$ | -0.3 | $V_{DDA/B}+ 0.3$ | V | |||
| 輸出引腳（$OUTA$、$OUTB$）瞬態(tài)電壓 | $V_{OUT}$ | -2 | $V_{DDA/B}+ 1.5$ | V | 200ns瞬態(tài) | ||
| 輸出引腳（$OUTA$、$OUTB$）反向電流峰值 | $I_{SRC_rev}$ | -5 | $A_{pk}$ | 500ns瞬態(tài) | |||
| 輸出引腳（$OUTA$、$OUTB$）反向電流峰值 | $I_{SNK_rev}$ | - | - | 5 | $A_{pk}$ | 500ns瞬態(tài) | |
| 結溫 | $T_{J}$ | -40 | - | 150 | ℃ | ||
| 存儲溫度 | $T_{STG}$ | -65 | 150 | ℃ | |||
| 焊接溫度 | $T_{SOL}$ | 260 | ℃ | 回流焊 | |||
| ESD能力（CDM） | $V_{ESD_CDM}$ | 0.5 | kV | 充電設備模型（CDM） | |||
| ESD能力（HBM） | $V_{ESD_HBM}$ | 2 | kV | 人體模型（HBM） |
熱特性
| 熱特性參數(shù)反映了驅動器在不同散熱條件下的溫度變化情況，對于合理設計散熱系統(tǒng)至關重要。以下是在$T_{A}=25^{circ} C$時的熱特性參數(shù)： | 參數(shù) | 符號 | 2層板值 | 高K板值 | 單位 | 備注或條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 熱阻（結到殼） | $R_{thJC}$ | 46 | 46 | K/W | ||
| 熱阻（結到環(huán)境，$T_{A}=25^{circ} C$） | $R_{thJA25}$ | 107 | 69 | K/W | ||
| 熱阻（結到環(huán)境，$T_{A}=85^{circ} C$） | $R_{thJA85}$ | 95 | 65 | K/W | ||
| 熱阻（結到板） | $R_{thJB}$ | 27 | K/W | |||
| 結到頂部表征參數(shù) | $Y_{thJT}$ | 11 | 10 | K/W | ||
| 結到板表征參數(shù)（$T_{A}=25^{circ} C$） | $Y_{thJB25}$ | 21 | 23 | K/W |
工作范圍
| 該驅動器的工作范圍規(guī)定了其正常工作的電壓、溫度等條件，具體參數(shù)如下： | 參數(shù) | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | 備注或條件 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電源電壓（$V_{DDI}$引腳） | $V_{DDI}$ | 3 | 17 | V | 由$UVLO_{VDDI}$定義最小值 | ||
| 輸出電源電壓（$V{DDA}$和$V{DDB}$引腳，4V UVLO選項） | $V{DDA}$、$V{DDB}$ | 4.5 | 20 | V | |||
| 輸出電源電壓（$V{DDA}$和$V{DDB}$引腳，8V UVLO選項） | $V{DDA}$、$V{DDB}$ | 8.5 | 20 | V | |||
| 輸出電源電壓（$V{DDA}$和$V{DDB}$引腳，12V UVLO選項） | $V{DDA}$、$V{DDB}$ | 12.9 | 20 | V | |||
| 輸出電源電壓（$V{DDA}$和$V{DDB}$引腳，15V UVLO選項） | $V{DDA}$、$V{DDB}$ | 15.6 | 20 | V | |||
| 輸入引腳（$INA$、$INB$、$DIS/EN$）電壓 | $V_{IN}$ | 0 | 17 | V | |||
| DTC引腳電壓 | $V_{DTC}$ | $V_{DDI}$ | V | ||||
| 結溫 | $T_{J}$ | -40 | 150 | ℃ | |||
| 環(huán)境溫度 | $T_{A}$ | -40 | 125 | ℃ |
電氣特性
除非另有說明，電氣特性參數(shù)是在$V{DDI}=3.3 V$、$V{DDA / B}=12 V$且無負載的條件下給出的。典型值在$T_{J}=25^{circ} C$時給出，最小值和最大值分別是整個工作范圍內的下限和上限。具體參數(shù)包括電源、UVLO、邏輯輸入、死區(qū)時間控制、靜態(tài)輸出、動態(tài)特性等方面，這里就不一一列舉了，大家可以參考文檔中的詳細表格。
隔離規(guī)格
| 該驅動器的隔離規(guī)格確保了輸入和輸出之間的電氣隔離，具體參數(shù)如下： | 參數(shù) | 符號 | 值 | 單位 | 備注或條件 |
|---|---|---|---|---|---|
| 外部輸入到輸出爬電距離 | $CRP$ | 8 | mm | 根據(jù)IEC 60664 - 1，從任何輸入引腳到任何輸出引腳的封裝表面最短距離 | |
| 外部輸入到輸出電氣間隙 | $CLR$ | 8 | mm | 根據(jù)IEC 60664 - 1，從任何輸入引腳到任何輸出引腳的空氣中最短距離 | |
| 相比漏電起痕指數(shù) | $CTI$ | >400 | V | 根據(jù)DIN EN 60112（VDE 0303 - 11） | |
| 材料組 | II | 根據(jù)IEC 60112 | |||
| 污染程度 | II | 根據(jù)IEC 60664 - 1 | |||
| 過電壓類別（加強隔離） | I - IV | 額定電源電壓 ≤ 150$V_{RMS}$ | |||
| I - IV | 額定電源電壓 ≤ 300$V_{RMS}$ | ||||
| I - III | 額定電源電壓 ≤ 600$V_{RMS}$ | ||||
| 輸入到輸出隔離（UL1577 Ed.5） | |||||
| 輸入到輸出隔離電壓 | $V_{iso}$ | 5700 | $V_{RMS}$ | $V{TEST}= V{iso}$，持續(xù)60s（認證）；$V{TEST}= 1.2× V{iso}$，持續(xù)1s（100%生產測試） | |
| 輸入到輸出隔離（DIN VDE V0884 - 11和IEC 60747 - 17） | |||||
| 最大脈沖電壓 | $V_{IMP}$ |
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