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IGBT驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)入可編程時(shí)代,英飛凌新品X3有何玄機(jī)?

發(fā)布時(shí)間:2023-09-19 來(lái)源:英飛凌 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】俗話說(shuō),好馬配好鞍,好IGBT自然也要配備好的驅(qū)動(dòng)IC。一顆好的驅(qū)動(dòng)不僅要提供足夠的驅(qū)動(dòng)功率,最好還要有完善的保護(hù)功能,例如退飽和保護(hù)、兩電平關(guān)斷、軟關(guān)斷、欠壓保護(hù)等,為IGBT的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。


然而有保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)芯片,大部分的參數(shù)都是固定的,或者是只能靠外圍器件進(jìn)行粗放的調(diào)節(jié)。對(duì)于退飽和保護(hù)來(lái)說(shuō),內(nèi)部電流源的電流是固定的,短路消隱時(shí)間只能靠調(diào)節(jié)外接電容大小來(lái)調(diào)整。對(duì)于兩電平關(guān)斷功能來(lái)說(shuō),兩電平持續(xù)的時(shí)間和電位需要靠外接電容和齊納二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。而軟關(guān)斷電流及米勒鉗位電流對(duì)于某一顆芯片來(lái)說(shuō)也是固定的,無(wú)法調(diào)整。這樣芯片的適用范圍就受到了限制,而且增加了BOM成本。


然而,英飛凌最新推出的X3系列驅(qū)動(dòng)芯片——1ED34X1及1ED38X0即將打破這種刻板印象。最高可達(dá)64檔的參數(shù)調(diào)節(jié)究竟能給IGBT應(yīng)用帶來(lái)怎樣的益處?


1ED34X1是模擬控制芯片,1ED38X0是純數(shù)字芯片系列。它們外觀采用了300mil的寬體封裝。Pin腳數(shù)量與前代1ED020I12系列保持一致,都是16pin,但是pin腳間距從2.54mm降低到1.27mm,排布更加緊湊。


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1ED34X1


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1ED38X0


然而細(xì)看1ED34X1的PIN腳分布,可以發(fā)現(xiàn)這顆芯片最特別的地方在于原邊兩個(gè)控制PIN腳ADJA和ADJB。這兩個(gè)引腳連接不同阻值的電阻即可方便地調(diào)節(jié)退飽和保護(hù)功能的延遲以及濾波時(shí)間、兩電平關(guān)斷的電位及持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。


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而1ED38X0是純數(shù)字芯片,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線進(jìn)行參數(shù)配置,SCL與SDA是串行I/O及時(shí)鐘輸入接口??梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)參數(shù)的最高64個(gè)檔位的個(gè)性化設(shè)定。


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數(shù)字化的驅(qū)動(dòng)芯片究竟有何過(guò)人之處?我們來(lái)一一揭曉


01 短路延遲及消隱時(shí)間可編程!


以往短路保護(hù)消隱時(shí)間需要通過(guò)外接電容來(lái)實(shí)現(xiàn),而X3系列則不需要外接電容。其中,1ED34X1通過(guò)ADJB引腳連接不同阻值的電阻可設(shè)置不同的消隱時(shí)間,共有16檔可調(diào)。典型外圍電路設(shè)置如下圖。


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短路保護(hù)時(shí)序圖如下圖所示。其中,tDESATleb是門極開啟到DESAT功能被激活的時(shí)間。在此期間DESAT功能禁用,這是為了防止功率器件開通過(guò)程中震蕩引起DESAT誤觸發(fā)。tDESATleb時(shí)間過(guò)后,芯片內(nèi)部偏置電流開始從DESAT pin流經(jīng)功率器件。當(dāng)短路發(fā)生后,DESAT引腳的電位迅速上升到退飽和閾值電壓VDESAT。在經(jīng)過(guò)一定的濾波時(shí)間tDESATfilter之后,芯片內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)。再經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延遲之后,輸出被拉低,系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。


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在1ED34X1中,退飽和閾值電壓是傳統(tǒng)的9.2V。而在1ED38X0中,退飽和閾值電壓也是可以調(diào)整的,閾值電壓從1.8V到9.2V,有18檔可以調(diào)節(jié)。


在整個(gè)退飽和過(guò)程中,tDESATfilter是一個(gè)重要的參數(shù),它標(biāo)志著從DESAT腳電位達(dá)到9V,到比較器翻轉(zhuǎn)的時(shí)間。在經(jīng)典的1ED020I12-F2中,這一數(shù)值是250ns。這個(gè)時(shí)間太短,所以需外接DESAT電容來(lái)設(shè)定消隱時(shí)間。但在1ED34X1中,tDESATfilter從1575ns到3975ns,8檔可調(diào)。對(duì)于短路時(shí)間5us以下的器件,這個(gè)濾波時(shí)間足夠用了。這樣一來(lái),傳統(tǒng)標(biāo)配的退飽和電容完全可以省了!


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1ED38X0的調(diào)節(jié)更加靈活,Tdesatled從0ns到3150ns有64檔可調(diào),而tDESATfilter從0ns到6000ns有32檔可調(diào)!


1ED34X1和1ED38X0也支持經(jīng)典的退飽和電路。這樣,濾波時(shí)間tDESATfilter就要和外接電容所導(dǎo)致的消隱時(shí)間tblanking相疊加,形成一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的短路保護(hù)反應(yīng)時(shí)間。


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有外接退飽和電容的1ED34X1


02 可調(diào)節(jié)的軟關(guān)斷電流!


1ED34x1還具有在故障情況下軟關(guān)斷的功能。在器件出現(xiàn)過(guò)流故障的情況下,驅(qū)動(dòng)芯片將會(huì)使用較低的電流關(guān)斷IGBT,將會(huì)減慢IGBT的di/dt,避免出現(xiàn)過(guò)高的電壓尖峰損壞IGBT。軟關(guān)斷的參數(shù)通過(guò) ADJA連接的電阻可調(diào)。系列中每一款芯片都有16檔關(guān)斷電流,ADJA電阻與軟關(guān)斷電流關(guān)系如下表所示。


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1ED38X0也有軟關(guān)斷功能,軟關(guān)斷電流范圍根據(jù)型號(hào)不同而有所區(qū)別,各有16檔可調(diào)。


●  1ED3830M:15mA-233mA

●  1ED3860M:29mA-466mA

●  1ED3890M:44mA-699mA


03 擴(kuò)展的米勒鉗位能力


就米勒鉗位而言,1ED34X1系列產(chǎn)品按鉗位方式分為兩種。一種是直接鉗位,例如1ED3431,即直接把clamp pin接到IGBT的門極。這種情況下鉗位電流的典型值是2A,適用于100A以下的IGBT。


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另一種方式是在clamp PIN外接一個(gè)N-MOSFET,來(lái)擴(kuò)展鉗位電流,以適應(yīng)更大電流IGBT的需求。例如1ED3461及1ED3491。根據(jù)外接NMOS型號(hào)的不同,鉗位電流最大可擴(kuò)展到20A。


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對(duì)于1ED38X0來(lái)說(shuō),可以通過(guò)編程設(shè)定采用直接鉗位或者外接MOS進(jìn)行鉗位。而且鉗位延遲8檔可調(diào)。


04 兩電平關(guān)斷


1ED38X0有兩電平關(guān)斷功能,有4個(gè)相關(guān)參數(shù),皆可調(diào)整。其中,關(guān)斷電平VTLTOFF從4.25V到12V,每0.25V為一檔位,共有32檔可調(diào),兩電平關(guān)斷時(shí)間tTLToff同樣32檔可調(diào)。


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這么多參數(shù),是不是已經(jīng)眼花繚亂了?然而事情并沒(méi)有結(jié)束,1ED34X1與1ED38X0較上一代的改進(jìn)還有很多!


●  1ED34X1與1ED38X0采用16pin寬體封裝,通過(guò)了VDE 0884-11認(rèn)證,符合加強(qiáng)絕緣標(biāo)準(zhǔn)。

●  1ED34X1與1ED38X0系列最高輸出電流可達(dá)9A。領(lǐng)導(dǎo)再也不用擔(dān)心輸出電流不夠用了!還省了推挽電路的BOM及成本,采購(gòu)也夸我是省料小能手!

●  1ED34X1與1ED38X0能不能驅(qū)動(dòng)SiC?必須能!精確的退飽和時(shí)間設(shè)定簡(jiǎn)直就是為SiC量身定做,哪怕SiC的短路時(shí)間低到2us也是游刃有余。


一張圖總結(jié)一下干貨


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1ED34X1產(chǎn)品系列完整型號(hào)如下表


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1ED34X1產(chǎn)品系列完整型號(hào)如下表


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