ADuM4138具有隔离式反激控制器的高电压隔离式IGBT栅极驱动器技术手册

概述
ADuM4138 是一款已针对绝缘栅极双极晶体管 (IGBT) 驱动进行优化的单通道栅极驱动器。ADI 公司的 iCoupler^®^ 技术在输入信号和输出栅极驱动器之间实现隔离。
数据表：*附件：ADuM4138具有隔离式反激控制器的高电压隔离式IGBT栅极驱动器技术手册.pdf

ADI 公司的芯片级变压器还可在芯片的高电压域和低电压域之间实现隔离式控制信息通信。可以从专门的输出中回读有关芯片状态的信息。

ADuM4138 包含隔离式反激控制器，可实现简单的二次电压生成。

ADuM4138 中集成了过流检测功能，可在发生去饱和事件和/或过流事件的情况下保护 IGBT。在发生故障的情况下，过流检测可与高速两级关闭功能相结合。

ADuM4138 为金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 提供一个米勒箝位控制信号，可在使用单轨电源的情况下在米勒箝位电压阈值降至低于 GND2 以上 2 V 时实现 IGBT 关闭。可以在进行或不进行米勒箝位操作的情况下使用单极次级电源工作。

如果开启后栅极电压未在允许的时间内（通常为 12.8 μs）上升到内部阈值以上，低栅极电压检测电路可触发故障。低电压检测电路可检测导致栅极短路或弱驱动的 IGBT 器件故障。

通过两个温度传感器引脚 TS1 和 TS2，可以在 IGBT 处对系统温度进行隔离式监控。次级欠压锁定 (UVLO) 依照公共 IGBT 阈值水平设置为 11.2 V（典型值）。

器件初级侧的串行外设接口 (SPI) 总线为 ADuM4138 提供温度感应二极管增益和偏移的场内编程功能。值存储在器件次级端的电子可擦可编程只读存储器 (EEPROM) 中。此外，可以对特定的 VDD2 电压、温度感应报告频率和过流消隐时间进行编程。

ADuM4138 可为过流事件、远程温度过热事件、UVLO、热关断 (TSD) 和去饱和检测提供隔离式故障报告。

应用

• MOSFET 和 IGBT 栅极驱动器
• 光伏 (PV) 逆变器
• 电机驱动器
• 电源

特性

• 6 A 峰值驱动输出能力（典型值）
• 内部关闭 NFET，导通电阻：<1 Ω
• 内部打开 PFET，导通电阻：<1.2 Ω
• 2 种过流保护方法
  • 去饱和检测
  • 分裂式发射器过流保护
• 具有栅极感应输入的米勒箝位输出
• 隔离式故障输出
• 隔离式温度传感器回读
• 传播延迟
  • 上升：95 ns（典型值）
  • 下降：100 ns（典型值）
• 最小脉冲宽度：74 ns
• 工作结温范围：−40°C 至 +150°C
• VDD1 和 VDD2 UVLO
• 最小外部跟踪（爬电距离）：8.3 mm（待定）
• 安全和监管审批
  • 5000 V rms 持续 1 分钟，符合 UL 1577 标准
  • CSA 元件验收通知 5A
  • DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10):2006-12
    • VIORM = 849 V PEAK （增强/基本）
• 符合汽车应用要求

框图

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

在需要开关器件栅极快速上升沿的情况下，就需要用到栅极驱动器。增强型功率器件的栅极信号要以源极或发射极节点为参考。栅极驱动器必须能够跟随这个源极或发射极节点。因此，在诸如半桥等拓扑结构中，当源极或发射极节点发生摆动时，栅极驱动器的控制信号和输出之间存在关联。栅极驱动器的开关次数是器件开关次数的两倍。在互补金属氧化物半导体（CMOS）输出之前的缓冲级可减少总延迟，并增加驱动器的最终驱动强度。

ADuM4138通过使用高频载波信号跨越iCoupler芯片级变压器线圈，实现控制侧与栅极驱动器输出侧之间的隔离，这些变压器线圈由聚酰亚胺隔离层分隔开。ADuM4138采用正逻辑开/关键控（OOK）编码，即通过iCoupler芯片级变压器线圈存在载波频率来传输高电平信号。正逻辑编码确保当输入侧未通电时，输出侧为低电平，低电平是增强型功率器件中最常见的安全状态，并且在出现短路情况时能够驱动。ADuM4138的架构设计用于实现高共模瞬态抗扰度，以及高度的电气隔离和磁隔离。通过扩频OOK载波和差分线圈布局，可将辐射发射降至最低。图11展示了ADuM4138使用的OOK编码方式。