EiceDRIVER™ Power 2EP1xxR：全桥变压器驱动家族的卓越之选

在电子工程领域，对于IGBT和SiC MOSFET等开关器件的栅极驱动电源设计，一直是追求高效、稳定和安全的关键环节。今天，我们就来深入探讨英飞凌（Infineon）的EiceDRIVER™ Power 2EP1xxR全桥变压器驱动家族，看看它是如何在这个领域大放异彩的。

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产品概述

2EP1xxR是一个全桥变压器驱动家族，为开环隔离电源提供高达13W的输出功率。它专为多种开关器件的栅极驱动器供电而优化，像TRENCHSTOP™ IGBT、OptiMOS™ MOSFET、CoolMOS™超结MOSFET、CoolGaN™高电子迁移率晶体管以及CoolSiC™ MOSFET等，都能与之完美适配。

产品特性亮点

1. 宽输入电源范围：支持4.5V至20V的输入电压，这使得它在不同的电源环境下都能稳定工作，大大提高了其适用性。
2. 高输出功率：能够支持高达5W的输出电源，满足了许多中功率应用的需求。
3. 宽频率范围：内部振荡器或外部时钟可实现50kHz至695kHz的宽频率范围，为不同的应用场景提供了更多的选择。
4. 精确的占空比调整：占空比可在10%至50%之间进行高精度调整，这对于需要精确控制输出电压的应用至关重要。
5. 多重保护功能：具备可调节的过流阈值、输出短路保护、过温保护等功能，有效保障了设备的安全运行。
6. 小巧封装：采用PG - TSSOP - 8 - 1热增强型封装，引脚间距仅0.65mm，节省了宝贵的电路板空间。

潜在应用领域

该系列产品的应用范围十分广泛，涵盖了工业电机驱动、太阳能逆变器、UPS和储能系统、焊接设备、商用空调、高压DC - DC转换器和DC - AC逆变器、隔离式开关电源以及功率计等多个领域。

产品功能详解

输出级设计

2EP1xxR家族采用低欧姆、集成式、轨到轨全桥功率级，具有快速的压摆率。这种设计使得变压器驱动器能够在高开关速度下实现高效切换，为后续的电源转换提供了坚实的基础。

监控与保护功能

为了确保设备在应用和自身层面的安全运行，2EP1xxR家族配备了一系列监控和保护特性：

1. UVLO保护：确保设备在UVLO阈值以上正常运行，防止在阈值以下出现错误操作。
2. 过流保护：采用平均过流保护机制，当设备输出电流超过专用过流阈值一定时间时，触发关断操作。不同的产品型号具有不同的过流阈值设置，以适应不同的应用需求。
3. 短路保护：通过固定但经过滤波的短路保护（峰值电流保护），防止输出端出现焊锡飞溅或其他低欧姆短路情况。
4. 过温保护：在高温环境或散热不足的情况下，触发IC关断，保护IC免受超过最大额定值的热应力影响。
5. 外部电阻范围检测：2EP110R和2EP130R的外部电阻输入引脚具有范围检测电路，确保只有当电阻值在指定范围内时，变压器驱动器才会启动。
6. 就绪输出（RDY）：高电平有效，用于指示设备正常运行和输出切换状态。

频率和占空比设置

2EP1xxR家族提供了多种方式来调整开关频率和占空比：

1. 频率设置：
   • 引脚绑定：适用于2EP100R、2EP101R和2EP110R，通过将FREQ引脚连接到GND或浮空/连接到大于3V的电压，选择不同的开关频率。
   • 电阻调整：2EP130R可通过将FREQ/BYP引脚连接到GND的电阻，从41个离散的开关频率中进行选择。
   • 旁路模式：仅2EP130R支持，外部PWM信号可绕过内部振荡器，直接调制到输出级，支持50kHz至695kHz的频率范围。
2. 占空比设置：
   • 引脚绑定：2EP100R和2EP101R可通过将DC引脚连接到GND或浮空/连接到大于3V的电压，选择不同的占空比。
   • 电阻设置：2EP110R和2EP130R可通过将DC引脚连接到GND的电阻，在10%至50%的范围内选择占空比。
   • 旁路模式：2EP130R在旁路模式下支持10%至50%的占空比范围。

工作状态分析

2EP1xxR变压器驱动IC具有多种工作状态，包括关断状态、读取配置状态、同步状态（仅旁路模式）、自测试状态、预充电状态、软启动状态、运行状态、故障状态和等待状态。每个状态都有其特定的功能和作用，确保设备在不同的情况下都能稳定、安全地运行。

电气特性与参数

绝对最大额定值

了解产品的绝对最大额定值对于正确使用和保护设备至关重要。2EP1xxR系列产品在电源电压、输出电压、结温、存储温度等方面都有明确的限制，超过这些限制可能会导致设备永久性损坏。

热特性

热特性参数如热阻等，对于评估设备在不同散热条件下的性能非常关键。2EP1xxR采用PG - TSSOP - 8封装，具有一定的功率耗散能力，但在实际应用中仍需根据具体情况进行散热设计。

工作参数

工作参数包括工作电源电压、逻辑输入电压、最小导通时间、开关频率和环境温度等。这些参数限定了设备正常工作的范围，设计时需要确保满足这些条件。

电气特性细节

电气特性涵盖了电源、逻辑输入和输出、调整和保护以及输出功率级等多个方面。例如，电源的UVLO阈值、VDD电源电流，逻辑输入和输出的电压阈值、滤波时间，调整和保护方面的过流阈值、占空比精度，以及输出功率级的输出电阻、上升和下降时间等。这些特性直接影响着设备的性能和稳定性。

应用案例分析

电压倍增器拓扑应用

在使用电压倍增器拓扑时，2EP1xxR的配置占空比需要设置为50%。通过全桥变压器驱动将输入电压斩波，经过变压器变换和整流，可得到正、负输出电压。在实际应用中，需要考虑变压器的饱和问题以及二极管的正向电压等因素，以确保输出电压的准确性。

峰值整流拓扑应用

采用峰值整流拓扑时，输出电压的比例由占空比决定。系列电容在其中起到了关键作用，它能根据占空比产生偏移电压，将对称的峰值电压转换为不对称的峰值电压。在设计过程中，需要合理选择开关频率，以平衡效率、输出电压变化等多个因素。

负载行为分析

对于开环转换器，轻载输出电压增加和负载下隔离输出电压下降是需要关注的问题。轻载输出电压增加主要由开关频率、变压器漏感和整流二极管电容等因素引起；而负载下输出电压下降则与输入 - 输出回路中的电阻和变压器漏感有关。在设计时，需要采取相应的措施来减小这些影响，如降低变压器漏感、使用低电容二极管等。

软启动功能应用

在启动时，为了限制充电电流，2EP1xxR采用了峰值电流模式控制方案，并在软启动期间增加开关频率。这一功能能够有效利用变压器的漏感和回路电阻，实现充电电流的限制和电荷平衡，确保输出电压的稳定上升。

组件选型与设计

在使用峰值整流拓扑时，对于电容、变压器和整流二极管等组件的选型和设计非常重要：

1. 电容：需要根据输出电流、占空比和变压器变比等因素，估算不同位置电容的纹波电流，并根据纹波电流和电压纹波要求，计算电容的容量。
2. 变压器：要考虑电压×时间乘积、主电感、漏感、绕组电阻、绕组比和耦合电容等参数。这些参数相互影响，需要在设计时进行综合考虑，以满足性能和EMI等方面的要求。
3. 整流二极管：要根据重复峰值反向电压、重复峰值正向电流、平均正向电流、正向电压降、反向电流、电容和反向恢复电荷等参数进行选型，确保二极管能够在各种工作条件下稳定工作。

实际应用案例

文档中还给出了IGBT驱动器电源和SiC MOSFET驱动器电源的应用案例。在IGBT驱动器电源中，2EP100R和2EP130R可以根据不同的需求选择不同的拓扑和配置，实现高效、稳定的电源供应；在SiC MOSFET驱动器电源案例中，通过计算和选择合适的占空比和变压器变比，并进行验证，可以得到满足目标电压要求的输出电压。

总结与建议

EiceDRIVER™ Power 2EP1xxR全桥变压器驱动家族凭借其丰富的功能、灵活的配置和可靠的保护机制，为IGBT和SiC MOSFET等开关器件的栅极驱动电源设计提供了一个优秀的解决方案。在实际设计过程中，电子工程师需要根据具体的应用需求，合理选择产品型号、设置频率和占空比、进行组件选型和散热设计等，以确保系统的性能和稳定性。同时，要充分考虑各种因素的影响，如负载行为、软启动功能等，通过不断的优化和验证，实现最佳的设计效果。

希望通过本文的介绍，能让大家对EiceDRIVER™ Power 2EP1xxR系列产品有更深入的了解，在实际设计中能够充分发挥其优势，创造出更加优秀的电子系统。大家在使用过程中有任何问题或经验，欢迎在评论区分享交流。