英飛凌工業半導體 發表於 2021-01-08 14:11:18
俗話說，好馬配好鞍，好IGBT自然也要配備好的驅動IC。一顆好的驅動不僅要提供足夠的驅動功率，最好還要有完善的保護功能，例如退飽和保護、兩電平關斷、軟關斷、欠壓保護等，為IGBT的安全運行保駕護航。
然而有保護功能的驅動晶片，大部分的參數都是固定的，或者是只能靠外圍器件進行粗放的調節。對於退飽和保護來說，內部電流源的電流是固定的，短路消隱時間只能靠調節外接電容大小來調整。對於兩電平關斷功能來說，兩電平持續的時間和電位需要靠外接電容和齊納二極體來實現。而軟關斷電流及米勒鉗位電流對於某一顆晶片來說也是固定的，無法調整。這樣晶片的適用範圍就受到了限制，而且增加了BOM成本。
然而，英飛凌最新推出的X3系列驅動晶片——1ED34X1及1ED38X0即將打破這種刻板印象。最高可達64檔的參數調節究竟能給IGBT應用帶來怎樣的益處？
1ED34X1是模擬控制晶片，1ED38X0是純數字晶片系列。它們外觀採用了300mil的寬體封裝。Pin腳數量與前代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。
然而細看1ED34X1的PIN腳分布，可以發現這顆晶片最特別的地方在於原邊兩個控制PIN腳ADJA和ADJB。這兩個引腳連接不同阻值的電阻即可方便地調節退飽和保護功能的延遲以及濾波時間、兩電平關斷的電位及持續時間等參數。
而1ED38X0是純數字晶片，通過標準的I2C總線進行參數配置，SCL與SDA是串行I/O及時鐘輸入接口。可以實現對多個參數的最高64個檔位的個性化設定。
數位化的驅動晶片究竟有何過人之處？
我們來一一揭曉
01
短路延遲及消隱時間可編程！
以往短路保護消隱時間需要通過外接電容來實現，而X3系列則不需要外接電容。其中，1ED34X1通過ADJB引腳連接不同阻值的電阻可設置不同的消隱時間，共有16檔可調。典型外圍電路設置如下圖。
短路保護時序圖如下圖所示。其中，tDESATleb是門極開啟到DESAT功能被激活的時間。在此期間DESAT功能禁用，這是為了防止功率器件開通過程中震蕩引起DESAT誤觸發。tDESATleb時間過後，晶片內部偏置電流開始從DESAT pin流經功率器件。當短路發生後，DESAT引腳的電位迅速上升到退飽和閾值電壓VDESAT。在經過一定的濾波時間tDESATfilter之後，晶片內部比較器翻轉。再經過一定時間的延遲之後，輸出被拉低，系統報錯。
在1ED34X1中，退飽和閾值電壓是傳統的9.2V。而在1ED38X0中，退飽和閾值電壓也是可以調整的，閾值電壓從1.8V到9.2V，有18檔可以調節。
在整個退飽和過程中，tDESATfilter是一個重要的參數，它標誌著從DESAT腳電位達到9V，到比較器翻轉的時間。在經典的1ED020I12-F2中，這一數值是250ns。這個時間太短，所以需外接DESAT電容來設定消隱時間。但在1ED34X1中，tDESATfilter從1575ns到3975ns，8檔可調。對於短路時間5us以下的器件，這個濾波時間足夠用了。這樣一來，傳統標配的退飽和電容完全可以省了！
1ED38X0的調節更加靈活，Tdesatled從0ns到3150ns有64檔可調，而tDESATfilter從0ns到6000ns有32檔可調！
1ED34X1和1ED38X0也支持經典的退飽和電路。這樣，濾波時間tDESATfilter就要和外接電容所導致的消隱時間tblanking相疊加，形成一個相對較長的短路保護反應時間。
有外接退飽和電容的1ED34X1
02
可調節的軟關斷電流！
1ED34x1還具有在故障情況下軟關斷的功能。在器件出現過流故障的情況下，驅動晶片將會使用較低的電流關斷IGBT，將會減慢IGBT的di/dt，避免出現過高的電壓尖峰損壞IGBT。軟關斷的參數通過 ADJA連接的電阻可調。系列中每一款晶片都有16檔關斷電流，ADJA電阻與軟關斷電流關係如下表所示。
1ED38X0也有軟關斷功能，軟關斷電流範圍根據型號不同而有所區別，各有16檔可調。
1ED3830M:15mA-233mA
1ED3860M:29mA-466mA
1ED3890M:44mA-699mA
03
擴展的米勒鉗位能力
就米勒鉗位而言，1ED34X1系列產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，適用於100A以下的IGBT。
另一種方式是在clamp PIN外接一個N-MOSFET，來擴展鉗位電流，以適應更大電流IGBT的需求。例如1ED3461及1ED3491。根據外接NMOS型號的不同，鉗位電流最大可擴展到20A。
對於1ED38X0來說，可以通過編程設定採用直接鉗位或者外接MOS進行鉗位。而且鉗位延遲8檔可調。
04
兩電平關斷
1ED38X0有兩電平關斷功能，有4個相關參數，皆可調整。其中，關斷電平VTLTOFF從4.25V到12V，每0.25V為一檔位，共有32檔可調，兩電平關斷時間tTLToff同樣32檔可調。
這麼多參數，是不是已經眼花繚亂了？然而事情並沒有結束，1ED34X1與1ED38X0較上一代的改進還有很多！
1ED34X1與1ED38X0採用16pin寬體封裝，通過了VDE 0884-11認證，符合加強絕緣標準。
1ED34X1與1ED38X0系列最高輸出電流可達9A。領導再也不用擔心輸出電流不夠用了！還省了推挽電路的BOM及成本，採購也誇我是省料小能手！
1ED34X1與1ED38X0能不能驅動SiC？必須能！精確的退飽和時間設定簡直就是為SiC量身定做，哪怕SiC的短路時間低到2us也是遊刃有餘。
一張圖總結一下乾貨
1ED34X1產品系列完整型號如下表
1ED34X1產品系列完整型號如下表
關於英飛凌
英飛凌設計、開發、製造並銷售各種半導體和系統解決方案。其業務重點包括汽車電子、工業電子、射頻應用、移動終端和基於硬體的安全解決方案等。
英飛凌將業務成功與社會責任結合在一起，致力於讓人們的生活更加便利、安全和環保。半導體雖幾乎看不到，但它已經成為了我們日常生活中不可或缺的一部分。不論在電力生產、傳輸還是利用等方面，英飛凌晶片始終發揮著至關重要的作用。此外，它們在保護數據通信，提高道路交通安全性，降低車輛的二氧化碳排放等領域同樣功不可沒。
原文標題：IGBT驅動晶片進入可編程時代，英飛凌新品X3有何玄機？
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責任編輯：haq
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