EiceDRIVER™ 2EDR8259H等双通道隔离栅极驱动器IC：设计与应用详解

作为一名电子工程师，在设计电源转换系统时，选择合适的栅极驱动器IC至关重要。今天就来详细聊聊英飞凌的EiceDRIVER™ 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列双通道隔离栅极驱动器IC。

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1. 产品概述

EiceDRIVER™ 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X是一系列双通道隔离栅极驱动器IC，专为驱动Si和SiC MOSFET以及GaN HEMT功率开关而设计。所有产品都采用300 mil DSO封装，输入到输出爬电距离为8 mm，并通过片上无芯变压器（CT）技术提供增强隔离。其中，2EDRx259X和2EDRx258X的14引脚DSO封装版本增加了通道间爬电距离，适用于更高总线电压或更高污染等级的应用，也能简化PCB布线。

这些驱动器的优势在于提供可选的直通保护（STP）和死区时间控制（DTC）功能，可配置为双通道低端、双通道高端或半桥栅极驱动器。同时，它们具备出色的共模瞬态抗扰度（CMTI）、低器件间偏差和快速信号传播特性，非常适合快速开关电源转换系统。

1.1 产品特性

特性	详情
输入输出传播	快速输入到输出传播（38 ns），稳定性极佳（+9/-5 ns）
输出级	强大的输出级，源电流/灌电流为5 A/9 A
输出钳位	对于$V_{DDA / B}
UVLO恢复时间	快速UVLO恢复时间（< 2 μs）
UVLO选项	四种VDDA/B UVLO选项：4 V、8 V、12 V、15 V
CMTI	$CMTI >150 ~V / ns$

1.2 产品系列参数

产品型号	UVLO	EN/DIS	封装
2EDR8259H	8V	DIS	DSO16 - 300mil
2EDR7259X	4V	DIS	DSO14 - 300mil
2EDR8259X	8V	DIS	DSO14 - 300mil
2EDR9259X	15V	DIS	DSO14 - 300mil
2EDR8258X	8V	EN	DSO14 - 300mil
2EDR6258X	12V	EN	DSO14 - 300mil
2EDR9258X	15V	EN	DSO14 - 300mil

2. 功能描述

2.1 电源和欠压锁定（UVLO）

由于输入到输出和通道间的隔离，该驱动器需要三个具有独立电源管理的电源域。输入和输出电源的欠压锁定（UVLO）功能确保了在所有工作条件下都能实现确定的启动和稳健的功能。

• 输入电源电压：输入芯片通过VDDI供电，支持3 V至17 V的宽电源电压范围。建议在VDDI和GNDI之间靠近器件处放置一个至少100 nF的陶瓷旁路电容。输入电源的UVLO功能确保在$V{DDI}$低于UVLO时，无数据传输到输出侧，栅极驱动器输出保持低电平；当$V{DDI}$超过UVLO电平时，PWM输入信号才会传输到输出侧。
• 输出电源电压：两个输出芯片分别通过两个独立的电源电压$V{DDA}$和$V{DDB}$（最高20 V）供电。建议在VDDA和GNDA、VDDB和GNDB之间靠近器件处各放置一个陶瓷旁路电容，最小电容值为$20 ×C{iss}$（MOSFET输入电容），以确保电源引脚的纹波在可接受范围内（$V{DDO}$的5%）。输出电源的UVLO功能确保只有当输出电源电压超过输出侧UVLO时，栅极驱动器输出才能切换，保证开关晶体管始终处于安全工作区（SOA）。目前有4 V、8 V、12 V和15 V UVLO阈值的版本可供选择。

2.2 输入级 - INA, INB, DISABLE

输入信号INA和INB控制两个独立的PWM通道，输入信号非反相传输到相应的栅极驱动器输出OUTA和OUTB。所有输入都与LV - TTL阈值电平兼容，具有约0.8 V的迟滞，且该迟滞与电源电压$V_{DDI}$无关。PWM输入内部下拉至逻辑低电平（GNDI），在电源启动序列中，若PWM控制器信号状态不确定，栅极驱动器输出将被强制为“关”状态。DIS/EN输入可无条件控制两个通道的输出，当DIS/EN为高电平时，无论INA和INB状态如何，OUTA和OUTB都为低电平。

2.3 直通保护和可配置死区时间 - STP/DTC

直通保护功能在INA和INB都为高电平时下拉OUTA和OUTB，在作为半桥驱动器使用时，可防止因INA和INB意外重叠导致的危险直通现象。通过STP/DTC引脚可配置死区时间，逻辑如下：	STP/DTC引脚条件	直通保护	可配置死区时间
连接到VDDI或悬空	禁用	禁用
通过电阻RDTC连接到GNDI	启用	启用，$t{dt}[ns]= 10 ×R{DTC}[kΩ]$，允许的$R_{DTC}$范围是1kΩ至100kΩ
连接到GNDI	启用	禁用

2.4 栅极驱动器输出

栅极驱动器输出采用互补MOS晶体管实现轨到轨输出级，能够提供典型的5 A源电流和9 A灌电流峰值。低导通电阻和高驱动电流特性，对于快速切换大型MOSFET非常有利。在输入浮空或电源电压不足（低于UVLO阈值）时，驱动器输出会主动钳位到低电平（GNDA，GNDB）。

2.5 欠压锁定条件下的快速有源输出钳位

欠压锁定（UVLO）功能确保在电源低于UVLO阈值时，栅极驱动器输出不工作。但仅靠UVLO不足以保证驱动器输出保持低电平，功率级中的瞬态或噪声可能会拉高驱动器输出节点和栅极电压，导致开关意外导通。该驱动器的输出级采用快速输出钳位电路，可在所有UVLO情况下有效应对输出过冲，确保安全运行。

2.6 CT通信和输入到输出数据传输

基于无芯变压器（CT）的通信模块用于PWM信号在输入和输出之间的传输。发射器采用经过验证的高分辨率脉冲重复方案，接收器端设有看门狗超时机制，可从通信故障中恢复，并在故障情况下确保系统安全关闭。

3. 电气特性

3.1 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全工作至关重要。该驱动器的绝对最大额定值涵盖了输入电源电压、输出电源电压、输入引脚电压、输出引脚电压、反向电流峰值、结温、存储温度、焊接温度和ESD能力等参数。例如，输入电源电压范围为 - 0.3 V至18 V，输出电源电压最大为22 V（部分参数需注意特定条件）。

3.2 热特性

热特性是评估器件在不同散热条件下性能的重要指标。该驱动器的热特性通过模拟测试获得，在输入侧施加65 mW、任何输出通道施加200 mW的情况下，给出了不同散热条件下的热阻参数，如热阻结 - 壳（顶部）、热阻结 - 环境、热阻结 - 板等。

3.3 工作范围

驱动器的工作范围包括输入电源电压、输出电源电压、输入电压、结温、环境温度等参数。输入电源电压范围为3 V至17 V，输出电源电压根据不同的UVLO选项有所不同，如4 V UVLO选项下为4.5 V至20 V等。

3.4 电气特性

在$V{DDI}=3.3 ~V$、$V{DDA / B}=12 ~V$且无负载的条件下，给出了驱动器的电气特性参数。包括电源静态电流、逻辑输入阈值、死区时间控制、静态输出电阻、动态特性（如传播延迟、上升时间、下降时间等）以及共模瞬态抗扰度（CMTI）等。例如，输入到输出的导通传播延迟典型值为38 ns，CMTI静态值大于150 V/ns。

3.5 隔离规格

隔离规格是该系列驱动器的重要特性之一，包括输入到输出的爬电距离、电气间隙、比较跟踪指数、材料组、污染程度、过电压类别、隔离电压等参数。输入到输出的爬电距离和电气间隙均为8 mm，根据不同标准，输入到输出的隔离电压可达5700 VRMS（UL1577），最大脉冲电压为8000 Vpk（VDE0884 - 11）等。

4. 定时图

文档中给出了多个定时图，用于说明输入到输出的传播延迟、DISABLE到输出的传播延迟、通道间传播延迟失配、脉冲宽度失真、死区时间失真、上升和下降时间、输入侧和输出侧电源UVLO行为以及直通保护和死区时间逻辑等。这些定时图有助于工程师直观地了解驱动器在不同信号条件下的工作时序。

5. 典型特性

在$V{DDI}=3.3 V$、$V{DDA / B}=12 ~V$、$T{A}=25^{circ} C$、$f{sw }=1 MHz$且无负载的条件下，给出了输入侧和输出侧电源电流、输入电压阈值和UVLO、典型输出静态特性、典型传播延迟、典型死区时间等典型特性曲线，为工程师在实际应用中提供了参考。

6. 封装外形尺寸

6.1 器件编号和标记

给出了不同型号的器件编号、可订购的零件编号（OPN）和器件标记，方便工程师在采购和使用过程中进行识别。

6.2 封装DSO16 - 300mil和DSO14 - 300mil

详细介绍了DSO16 - 300mil和DSO14 - 300mil封装的外形尺寸、引脚布局、焊接要求等信息，并强调该器件为绿色产品（RoHS合规），适用于无铅焊接。

7. 总结

EiceDRIVER™ 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列双通道隔离栅极驱动器IC凭借其出色的性能、丰富的功能和可靠的隔离特性，在快速开关电源转换系统中具有很大的应用潜力。工程师在设计过程中，可根据具体应用需求，合理选择合适的型号和参数，充分发挥该系列驱动器的优势，提高电源系统的性能和可靠性。你在使用类似栅极驱动器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。