EiceDRIVER? 高壓柵極驅(qū)動IC評估板EVAL_1ED020I12 - B2應(yīng)用解析

作為電子工程師，在設(shè)計中常常會用到各種驅(qū)動IC，今天我們就來深入探討一下Infineon Technologies的EiceDRIVER? 高壓柵極驅(qū)動IC評估板EVAL_1ED020I12 - B2。

文件下載：EVAL1ED020I12B2TOBO1.pdf

一、引言

EVAL_1ED020I12 - B2評估板是為展示英飛凌IGBT柵極驅(qū)動器1ED020I12 - B2（同樣適用于1ED020I12 - F2）的功能和關(guān)鍵特性而開發(fā)的。不過要注意，這個評估板僅適用于實驗室環(huán)境，因為它工作在高壓下，必須由熟悉所有適用安全標準的合格技術(shù)人員操作。英飛凌提供的評估板僅進行功能測試，并且由于其用途，它在退貨分析（RMA）、工藝變更通知（PCN）和產(chǎn)品停產(chǎn)（PD）等方面與常規(guī)產(chǎn)品的處理程序不同，不能作為批量生產(chǎn)的參考設(shè)計。

二、設(shè)計特點

1. 主要特性

EVAL_1ED020I12 - B2采用半橋配置，包含兩個IGBT柵極驅(qū)動器1ED020I12 - B2和一個IGBT模塊FS25R12W1T4_B11（僅連接兩個IGBT）。它具有以下主要特性：

• 電氣隔離：通過英飛凌柵極驅(qū)動器的無芯變壓器技術(shù)實現(xiàn)電氣隔離，1ED020I12 - B2適用于基本隔離。
• 半橋內(nèi)部隔離：通過定義的爬電距離實現(xiàn)半橋內(nèi)部的隔離。
• 短路保護：能夠有效檢測并應(yīng)對短路情況。
• 欠壓鎖定：保障在電壓不足時的安全。
• 有源米勒鉗位：防止寄生導(dǎo)通。
• 自舉功能：為高端IGBT提供自舉功能。
• 豐富的連接接口：配備5V數(shù)字電源、15V電源、復(fù)位、高壓電源和外部負載的連接器。
• 狀態(tài)指示燈：分別為5V電源、15V電源、就緒和故障狀態(tài)提供指示燈，且區(qū)分高端和低端驅(qū)動器。
• 直流母線電容：具備直流母線電容。

2. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)

需要注意的是，當所有參數(shù)同時處于最大額定值時，性能和質(zhì)量可能無法保證，使用時務(wù)必確保不超過最大額定值。

3. 引腳分配

評估板的引腳分配詳細明確，例如RESET連接器，右端子的/RST與X1 - B1相同，左端子的GND與X1 - A16相同，左端子的+5V為正5V邏輯電源等。具體的引腳功能可參考文檔中的表格。

4. IGBT模塊

評估板上安裝了英飛凌IGBT EasyPACK 1B模塊FS25R12W1T4_B11，如需詳細信息，可訪問英飛凌網(wǎng)頁獲取相關(guān)文檔。

三、電氣特性

1. 電源電壓

數(shù)字部分（+5V VCC1）和驅(qū)動器輸出（+15V VCC2）的電源電壓需通過專用連接器外部提供。評估板沒有過壓供應(yīng)監(jiān)測功能，因此用戶必須確保電壓在正確范圍內(nèi)，超過最大值會損壞IGBT驅(qū)動器。電源電壓的可用性可以通過綠色狀態(tài)指示燈查看。高端柵極驅(qū)動器通過自舉二極管DBOOT供電，為確保在高端IGBT開啟前自舉電容充電，低端IGBT需要在特定時間內(nèi)開啟。

2. 欠壓鎖定

1ED020I12 - B2會監(jiān)測+15V電源VCC2，當電壓低于13V時，驅(qū)動器輸出將關(guān)閉。通過頂部和底部的黃色READY指示燈可以查看此狀態(tài)，燈亮表示+15V電源大于13V。

3. VCEsat監(jiān)測用于短路檢測

英飛凌柵極驅(qū)動器1ED020I12 - B2通過測量IGBT的VCEsat電壓來實現(xiàn)短路檢測。當發(fā)生短路時，集電極電流和飽和電壓會增加。如果IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)且VCE達到9V，將檢測到短路并關(guān)閉柵極驅(qū)動器輸出。此狀態(tài)通過/FLT信號報告，相應(yīng)的FAULT指示燈會亮起。FAULT狀態(tài)由1ED020I12 - B2鎖存，需要將RESET信號接地來復(fù)位。

4. 有源米勒鉗位

評估板上的1ED020I12 - B2采用單極性電壓+15V/0V供電，而非雙極性電壓（如+15V / - 8V）。為避免因另一側(cè)IGBT開啟而導(dǎo)致柵極寄生導(dǎo)通，使用了“有源米勒鉗位”功能。在關(guān)斷期間，監(jiān)測柵極電壓，當柵極電壓低于相對于VEE2的2V時，鉗位輸出激活，將柵極電壓鉗位到VEE2，直到柵極驅(qū)動器輸出收到開啟命令。

5. IGBT開關(guān)

IGBT的開關(guān)特性由柵極電阻RG1B、RG1T、RG2B和RG2T定義。這些柵極電阻針對IGBT模塊FS25R12W1T4_B11進行了適配，以在輸出端保持快速斜率的同時減少振蕩?？梢酝ㄟ^更換RG1B和RG1T的值來調(diào)整開關(guān)特性，以適應(yīng)特定應(yīng)用或不同的IGBT。使用RG2B和RG2T以及DG1B和DG1T可以獨立改變IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷斜率。為避免頂部和底部IGBT之間的直通，操作人員需要確保足夠的死區(qū)時間，此設(shè)置下死區(qū)時間應(yīng)大于1μs。

6. 直流母線電容

由于空間限制，評估板上只有一個220nF的小直流母線電容。如果需要更大的直流母線電容，需要將其外部連接到V + HV和GND_HV連接器。

7. 輸入PWM信號

1ED020I12 - B2的PWM輸入引腳可以配置為非反相輸入邏輯或反相輸入邏輯。評估板設(shè)計為使用非反相輸入，也可以通過更換RIN1T、RIN1B、RP1T和RP1B來使用反相輸入邏輯。此外，還可以在PWM輸入信號中使用低通濾波器來避免因干擾導(dǎo)致IGBT意外開啟，雖然評估板未使用此功能，但可以通過更改電阻RIN1T、RIN1B、RIN2T、RIN2B和電容CIN1T、CIN1B、CIN2T、CIN2B來進行測試。

四、原理圖和布局

1. 原理圖

評估板的原理圖包括HV電源輸入和直流母線、LV電源和復(fù)位輸入、連接器X1、英飛凌驅(qū)動器1ED020I12 - B2的頂部和底部、IGBT模塊Infineon FS25R12W1T4_B11以及LED、FAULT和READY邏輯等部分。

2. 布局

• 爬電距離：1ED020I12 - B2 IGBT柵極驅(qū)動器的無芯變壓器確保了輸入和輸出之間的隔離。布局保證的爬電距離在低壓和高壓電源之間為8mm，在高壓電源區(qū)域內(nèi)為2.4mm。
• 頂層布局：展示了評估板的頂層布局。
• 底層布局：展示了評估板的底層布局。
• 頂部視圖：呈現(xiàn)了評估板的頂部視圖。

3. 物料清單

文檔中詳細列出了評估板的物料清單，包括電容、二極管、電阻、驅(qū)動器IC、晶體管等各種元件的參數(shù)和封裝信息。

綜上所述，EiceDRIVER? 高壓柵極驅(qū)動IC評估板EVAL_1ED020I12 - B2具有豐富的功能和特性，為電子工程師在IGBT驅(qū)動設(shè)計方面提供了很好的參考。大家在實際應(yīng)用中，是否遇到過類似評估板在使用過程中的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。