EiceDRIVER? 2EDR8259H等雙通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC：設(shè)計(jì)與應(yīng)用詳解

作為一名電子工程師，在設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)，選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)器IC至關(guān)重要。今天就來(lái)詳細(xì)聊聊英飛凌的EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列雙通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC。

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1. 產(chǎn)品概述

EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X是一系列雙通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC，專為驅(qū)動(dòng)Si和SiC MOSFET以及GaN HEMT功率開關(guān)而設(shè)計(jì)。所有產(chǎn)品都采用300 mil DSO封裝，輸入到輸出爬電距離為8 mm，并通過(guò)片上無(wú)芯變壓器（CT）技術(shù)提供增強(qiáng)隔離。其中，2EDRx259X和2EDRx258X的14引腳DSO封裝版本增加了通道間爬電距離，適用于更高總線電壓或更高污染等級(jí)的應(yīng)用，也能簡(jiǎn)化PCB布線。

這些驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)在于提供可選的直通保護(hù)（STP）和死區(qū)時(shí)間控制（DTC）功能，可配置為雙通道低端、雙通道高端或半橋柵極驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)，它們具備出色的共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）、低器件間偏差和快速信號(hào)傳播特性，非常適合快速開關(guān)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

1.1 產(chǎn)品特性

1.2 產(chǎn)品系列參數(shù)

2. 功能描述

2.1 電源和欠壓鎖定（UVLO）

由于輸入到輸出和通道間的隔離，該驅(qū)動(dòng)器需要三個(gè)具有獨(dú)立電源管理的電源域。輸入和輸出電源的欠壓鎖定（UVLO）功能確保了在所有工作條件下都能實(shí)現(xiàn)確定的啟動(dòng)和穩(wěn)健的功能。

• 輸入電源電壓：輸入芯片通過(guò)VDDI供電，支持3 V至17 V的寬電源電壓范圍。建議在VDDI和GNDI之間靠近器件處放置一個(gè)至少100 nF的陶瓷旁路電容。輸入電源的UVLO功能確保在$V{DDI}$低于UVLO時(shí)，無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵鰝?cè)，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出保持低電平；當(dāng)$V{DDI}$超過(guò)UVLO電平時(shí)，PWM輸入信號(hào)才會(huì)傳輸?shù)捷敵鰝?cè)。
• 輸出電源電壓：兩個(gè)輸出芯片分別通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的電源電壓$V{DDA}$和$V{DDB}$（最高20 V）供電。建議在VDDA和GNDA、VDDB和GNDB之間靠近器件處各放置一個(gè)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(nèi)（$V{DDO}$的5%）。輸出電源的UVLO功能確保只有當(dāng)輸出電源電壓超過(guò)輸出側(cè)UVLO時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出才能切換，保證開關(guān)晶體管始終處于安全工作區(qū)（SOA）。目前有4 V、8 V、12 V和15 V UVLO閾值的版本可供選擇。

2.2 輸入級(jí) - INA, INB, DISABLE

輸入信號(hào)INA和INB控制兩個(gè)獨(dú)立的PWM通道，輸入信號(hào)非反相傳輸?shù)较鄳?yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)器輸出OUTA和OUTB。所有輸入都與LV - TTL閾值電平兼容，具有約0.8 V的遲滯，且該遲滯與電源電壓$V_{DDI}$無(wú)關(guān)。PWM輸入內(nèi)部下拉至邏輯低電平（GNDI），在電源啟動(dòng)序列中，若PWM控制器信號(hào)狀態(tài)不確定，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出將被強(qiáng)制為“關(guān)”狀態(tài)。DIS/EN輸入可無(wú)條件控制兩個(gè)通道的輸出，當(dāng)DIS/EN為高電平時(shí)，無(wú)論INA和INB狀態(tài)如何，OUTA和OUTB都為低電平。

2.3 直通保護(hù)和可配置死區(qū)時(shí)間 - STP/DTC

2.4 柵極驅(qū)動(dòng)器輸出

柵極驅(qū)動(dòng)器輸出采用互補(bǔ)MOS晶體管實(shí)現(xiàn)軌到軌輸出級(jí)，能夠提供典型的5 A源電流和9 A灌電流峰值。低導(dǎo)通電阻和高驅(qū)動(dòng)電流特性，對(duì)于快速切換大型MOSFET非常有利。在輸入浮空或電源電壓不足（低于UVLO閾值）時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出會(huì)主動(dòng)鉗位到低電平（GNDA，GNDB）。

2.5 欠壓鎖定條件下的快速有源輸出鉗位

欠壓鎖定（UVLO）功能確保在電源低于UVLO閾值時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出不工作。但僅靠UVLO不足以保證驅(qū)動(dòng)器輸出保持低電平，功率級(jí)中的瞬態(tài)或噪聲可能會(huì)拉高驅(qū)動(dòng)器輸出節(jié)點(diǎn)和柵極電壓，導(dǎo)致開關(guān)意外導(dǎo)通。該驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)采用快速輸出鉗位電路，可在所有UVLO情況下有效應(yīng)對(duì)輸出過(guò)沖，確保安全運(yùn)行。

2.6 CT通信和輸入到輸出數(shù)據(jù)傳輸

基于無(wú)芯變壓器（CT）的通信模塊用于PWM信號(hào)在輸入和輸出之間的傳輸。發(fā)射器采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的高分辨率脈沖重復(fù)方案，接收器端設(shè)有看門狗超時(shí)機(jī)制，可從通信故障中恢復(fù)，并在故障情況下確保系統(tǒng)安全關(guān)閉。

3. 電氣特性

3.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全工作至關(guān)重要。該驅(qū)動(dòng)器的絕對(duì)最大額定值涵蓋了輸入電源電壓、輸出電源電壓、輸入引腳電壓、輸出引腳電壓、反向電流峰值、結(jié)溫、存儲(chǔ)溫度、焊接溫度和ESD能力等參數(shù)。例如，輸入電源電壓范圍為 - 0.3 V至18 V，輸出電源電壓最大為22 V（部分參數(shù)需注意特定條件）。

3.2 熱特性

熱特性是評(píng)估器件在不同散熱條件下性能的重要指標(biāo)。該驅(qū)動(dòng)器的熱特性通過(guò)模擬測(cè)試獲得，在輸入側(cè)施加65 mW、任何輸出通道施加200 mW的情況下，給出了不同散熱條件下的熱阻參數(shù)，如熱阻結(jié) - 殼（頂部）、熱阻結(jié) - 環(huán)境、熱阻結(jié) - 板等。

3.3 工作范圍

驅(qū)動(dòng)器的工作范圍包括輸入電源電壓、輸出電源電壓、輸入電壓、結(jié)溫、環(huán)境溫度等參數(shù)。輸入電源電壓范圍為3 V至17 V，輸出電源電壓根據(jù)不同的UVLO選項(xiàng)有所不同，如4 V UVLO選項(xiàng)下為4.5 V至20 V等。

3.4 電氣特性

在$V{DDI}=3.3 ~V$、$V{DDA / B}=12 ~V$且無(wú)負(fù)載的條件下，給出了驅(qū)動(dòng)器的電氣特性參數(shù)。包括電源靜態(tài)電流、邏輯輸入閾值、死區(qū)時(shí)間控制、靜態(tài)輸出電阻、動(dòng)態(tài)特性（如傳播延遲、上升時(shí)間、下降時(shí)間等）以及共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI）等。例如，輸入到輸出的導(dǎo)通傳播延遲典型值為38 ns，CMTI靜態(tài)值大于150 V/ns。

3.5 隔離規(guī)格

隔離規(guī)格是該系列驅(qū)動(dòng)器的重要特性之一，包括輸入到輸出的爬電距離、電氣間隙、比較跟蹤指數(shù)、材料組、污染程度、過(guò)電壓類別、隔離電壓等參數(shù)。輸入到輸出的爬電距離和電氣間隙均為8 mm，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，輸入到輸出的隔離電壓可達(dá)5700 VRMS（UL1577），最大脈沖電壓為8000 Vpk（VDE0884 - 11）等。

4. 定時(shí)圖

文檔中給出了多個(gè)定時(shí)圖，用于說(shuō)明輸入到輸出的傳播延遲、DISABLE到輸出的傳播延遲、通道間傳播延遲失配、脈沖寬度失真、死區(qū)時(shí)間失真、上升和下降時(shí)間、輸入側(cè)和輸出側(cè)電源UVLO行為以及直通保護(hù)和死區(qū)時(shí)間邏輯等。這些定時(shí)圖有助于工程師直觀地了解驅(qū)動(dòng)器在不同信號(hào)條件下的工作時(shí)序。

5. 典型特性

在$V{DDI}=3.3 V$、$V{DDA / B}=12 ~V$、$T{A}=25^{circ} C$、$f{sw }=1 MHz$且無(wú)負(fù)載的條件下，給出了輸入側(cè)和輸出側(cè)電源電流、輸入電壓閾值和UVLO、典型輸出靜態(tài)特性、典型傳播延遲、典型死區(qū)時(shí)間等典型特性曲線，為工程師在實(shí)際應(yīng)用中提供了參考。

6. 封裝外形尺寸

6.1 器件編號(hào)和標(biāo)記

給出了不同型號(hào)的器件編號(hào)、可訂購(gòu)的零件編號(hào)（OPN）和器件標(biāo)記，方便工程師在采購(gòu)和使用過(guò)程中進(jìn)行識(shí)別。

6.2 封裝DSO16 - 300mil和DSO14 - 300mil

詳細(xì)介紹了DSO16 - 300mil和DSO14 - 300mil封裝的外形尺寸、引腳布局、焊接要求等信息，并強(qiáng)調(diào)該器件為綠色產(chǎn)品（RoHS合規(guī)），適用于無(wú)鉛焊接。

7. 總結(jié)

EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列雙通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC憑借其出色的性能、豐富的功能和可靠的隔離特性，在快速開關(guān)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用潛力。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇合適的型號(hào)和參數(shù)，充分發(fā)揮該系列驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，提高電源系統(tǒng)的性能和可靠性。你在使用類似柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。