EiceDRIVER™ 2EDR8259H等双路隔离栅极驱动器IC深度解析

在功率转换系统的设计中，栅极驱动器起着至关重要的作用，它直接影响着功率开关的性能和整个系统的稳定性。今天，我们就来深入探讨英飞凌的EiceDRIVER™ 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列双路隔离栅极驱动器IC。

文件下载：Infineon Technologies EiceDRIVER™双通道隔离式栅极驱动器IC.pdf

产品概述

EiceDRIVER™ 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X是一系列双路隔离栅极驱动器IC，专为驱动Si和SiC MOSFET以及GaN HEMT功率开关而设计。所有产品均采用DSO封装，输入到输出爬电距离为8mm，并通过片上无芯变压器（CT）技术提供加强隔离。其中，14引脚DSO封装的2EDRx259X和2EDRx258X变体提供了更大的通道间爬电距离，适用于更高母线电压或更高污染程度的应用，并且通常可以简化PCB布线。

该系列产品的所有版本都提供可选的直通保护（STP）和死区时间控制（DTC）功能，允许其作为双路低端、双路高端或半桥栅极驱动器运行，并可配置死区时间。凭借出色的共模瞬态抗扰度（CMTI）、低器件间偏差和快速信号传播，这些产品非常适合用于快速开关功率转换系统。

产品特性

• 高速输入输出传播：具有38ns的快速输入到输出传播时间，且稳定性极佳（±9/-5ns）。
• 强大的输出级：能够提供典型的5A源电流和9A灌电流峰值。
• 快速输出钳位：当$V_{DDA / B}
• 快速UVLO恢复时间：小于2μs。
• 多种UVLO选项：提供4V、8V、12V、15V四种$V_{DDA / B}$欠压锁定（UVLO）选项。
• 高CMTI：$CMTI >150 V / ns$。

产品型号与参数

部件编号	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

隔离与安全认证

该系列产品具有多项隔离与安全认证，如UL1577（$V{ISO }=5700 V{RMS }$，认证编号E311313；$V{IOSM }=6875 V{pk}$，认证编号40052310）、VDE0884 - 11（$V{IOTM }=8000 V{pk}$，$V{IORM }=1767 V{pk}$）、IEC 60747 - 17（认证编号40055138）、IEC62368 - 1（认证编号40052310，附录500Z1）等，为产品在各种应用中的安全性提供了可靠保障。

潜在应用领域

这些驱动器IC适用于多种应用场景，包括服务器、电信开关电源（SMPS）、电动汽车（EV）车载充电器、低压驱动器和电动工具、太阳能微逆变器、太阳能优化器、工业电源（SMPS、住宅不间断电源UPS）等。

功能描述

电源与欠压锁定（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）功能确保了在所有运行条件下都能实现明确的启动和强大的功能。

• 输入电源电压：输入芯片通过$V{DDI}$供电，支持3V至17V的宽电源电压范围。建议在$V{DDI}$和$GNDI$之间靠近器件的位置放置一个陶瓷旁路电容，最小旁路电容值为100nF。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，PWM输入信号传输到输出侧。
• 输出电源电压：两个输出芯片分别通过$V{DDA}$和$V{DDB}$（最高20V）两个独立电源电压供电。建议在$V{DDA}$和$GNDA$以及$V{DDB}$和$GNDB$之间靠近器件的位置放置两个陶瓷旁路电容，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，从而保证开关晶体管不会在驱动电压过低的情况下工作。

输入级 - INA、INB、DISABLE

输入信号$INA$和$INB$控制两个独立的PWM通道，输入信号以非反相方式传输到相应的栅极驱动器输出$OUTA$和$OUTB$。所有输入均与LV - TTL阈值电平兼容，并提供典型0.8V的迟滞，且该迟滞与电源电压$DDI$无关。PWM输入内部下拉至逻辑低电压电平（$GNDI$），在电源启动序列中，若PWM控制器信号状态未定义，栅极驱动器输出将强制为“关”状态（低电平）。$DIS/EN$输入处于高/低状态时，将无条件驱动两个通道输出为低电平，而不受$INA$或$INB$状态的影响。

直通保护和可配置死区时间 - STP/DTC

直通保护功能在两个输入信号$INA$和$INB$均为高电平时，将输出$OUTA$和$OUTB$下拉，推荐在驱动器用作半桥驱动器时启用该功能，以防止因$INA$和$INB$意外重叠而导致的危险直通现象。通过$STP/DTC$引脚可以确保并配置死区时间，具体逻辑如下：	STP/DTC引脚条件	直通保护	可配置死区时间
连接到$V_{DDI}$或悬空	禁用	禁用
通过电阻$R_{DTC}$连接到$GNDI$	启用	启用，$t{dt}[ns]=10×R{DTC}[kΩ]$

驱动器死区时间逻辑在输入信号下降沿触发，并延迟另一个输入信号的上升转换。只有当驱动器配置的死区时间长于输入信号自身的死区时间时，才会分配该延迟。建议使用精度为1%、阻值在1kΩ至100kΩ范围内的电阻来配置死区时间，同时应避免在DTC引脚连接电容。

栅极驱动器输出

采用互补MOS晶体管实现的轨到轨输出级，能够提供典型的5A源电流和9A灌电流峰值。低导通电阻与高驱动电流相结合，对于大型MOSFET的快速开关尤为有利。在大多数应用中，驱动器可被视为近乎理想的开关。在输入悬空或电源电压不足（未超过UVLO阈值）的情况下，驱动器输出将主动钳位到“低”电平（$GNDA$、$GNDB$）。

快速主动输出钳位（UVLO条件下）

欠压锁定（UVLO）可确保在电源低于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，功率级中的瞬变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。通过输出级的快速输出钳位电路，驱动器可确保在所有UVLO情况下对输出引起的过冲进行安全操作，该电路能够快速响应并有效钳位输出引脚（$OUTA$、$OUTB$）。

电气特性

绝对最大额定值

该驱动器的绝对最大额定值规定了其正常工作的极限条件，超过这些值可能会对器件造成永久性损坏，长时间暴露在绝对最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性。具体参数如下表所示：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注或条件
输入电源电压	$V_{DDI}$	-0.3		18	V
输出电源电压（$VDDA$、$VDDB$引脚）	$V{DDA}$、$V{DDB}$	-0.3		22	V
输入引脚（$INA$、$INB$、$DIS/EN$）直流电压	$V_{IN}$	-0.3	-	18	V
输入引脚（$INA$、$INB$、$DIS/EN$）瞬态电压	$V_{IN}$	-5			V	50ns瞬态
DTC引脚电压	$V_{DTC}$			$V_{DDI}+0.3$	V
输出引脚（$OUTA$、$OUTB$）直流电压	$V_{OUT}$	-0.3		$V_{DDA/B}+ 0.3$	V
输出引脚（$OUTA$、$OUTB$）瞬态电压	$V_{OUT}$	-2		$V_{DDA/B}+ 1.5$	V	200ns瞬态
输出引脚（$OUTA$、$OUTB$）反向电流峰值	$I_{SRC_rev}$	-5			$A_{pk}$	500ns瞬态
输出引脚（$OUTA$、$OUTB$）反向电流峰值	$I_{SNK_rev}$	-	-	5	$A_{pk}$	500ns瞬态
结温	$T_{J}$	-40	-	150	℃
存储温度	$T_{STG}$	-65		150	℃
焊接温度	$T_{SOL}$			260	℃	回流焊
ESD能力（CDM）	$V_{ESD_CDM}$			0.5	kV	充电设备模型（CDM）
ESD能力（HBM）	$V_{ESD_HBM}$			2	kV	人体模型（HBM）

热特性

热特性参数反映了驱动器在不同散热条件下的温度变化情况，对于合理设计散热系统至关重要。以下是在$T_{A}=25^{circ} C$时的热特性参数：	参数	符号	2层板值	高K板值	单位	备注或条件
热阻（结到壳）	$R_{thJC}$	46	46	K/W
热阻（结到环境，$T_{A}=25^{circ} C$）	$R_{thJA25}$	107	69	K/W
热阻（结到环境，$T_{A}=85^{circ} C$）	$R_{thJA85}$	95	65	K/W
热阻（结到板）	$R_{thJB}$		27	K/W
结到顶部表征参数	$Y_{thJT}$	11	10	K/W
结到板表征参数（$T_{A}=25^{circ} C$）	$Y_{thJB25}$	21	23	K/W

工作范围

该驱动器的工作范围规定了其正常工作的电压、温度等条件，具体参数如下：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	备注或条件
输入电源电压（$V_{DDI}$引脚）	$V_{DDI}$	3		17	V	由$UVLO_{VDDI}$定义最小值
输出电源电压（$V{DDA}$和$V{DDB}$引脚，4V UVLO选项）	$V{DDA}$、$V{DDB}$	4.5		20	V
输出电源电压（$V{DDA}$和$V{DDB}$引脚，8V UVLO选项）	$V{DDA}$、$V{DDB}$	8.5		20	V
输出电源电压（$V{DDA}$和$V{DDB}$引脚，12V UVLO选项）	$V{DDA}$、$V{DDB}$	12.9		20	V
输出电源电压（$V{DDA}$和$V{DDB}$引脚，15V UVLO选项）	$V{DDA}$、$V{DDB}$	15.6		20	V
输入引脚（$INA$、$INB$、$DIS/EN$）电压	$V_{IN}$	0		17	V
DTC引脚电压	$V_{DTC}$			$V_{DDI}$	V
结温	$T_{J}$	-40		150	℃
环境温度	$T_{A}$	-40		125	℃

电气特性

除非另有说明，电气特性参数是在$V{DDI}=3.3 V$、$V{DDA / B}=12 V$且无负载的条件下给出的。典型值在$T_{J}=25^{circ} C$时给出，最小值和最大值分别是整个工作范围内的下限和上限。具体参数包括电源、UVLO、逻辑输入、死区时间控制、静态输出、动态特性等方面，这里就不一一列举了，大家可以参考文档中的详细表格。

隔离规格

该驱动器的隔离规格确保了输入和输出之间的电气隔离，具体参数如下：	参数	符号	值	单位	备注或条件
外部输入到输出爬电距离	$CRP$	8	mm	根据IEC 60664 - 1，从任何输入引脚到任何输出引脚的封装表面最短距离
外部输入到输出电气间隙	$CLR$	8	mm	根据IEC 60664 - 1，从任何输入引脚到任何输出引脚的空气中最短距离
相比漏电起痕指数	$CTI$	>400	V	根据DIN EN 60112（VDE 0303 - 11）
材料组		II		根据IEC 60112
污染程度		II		根据IEC 60664 - 1
过电压类别（加强隔离）		I - IV		额定电源电压 ≤ 150$V_{RMS}$
		I - IV		额定电源电压 ≤ 300$V_{RMS}$
		I - III		额定电源电压 ≤ 600$V_{RMS}$
输入到输出隔离（UL1577 Ed.5）
输入到输出隔离电压	$V_{iso}$	5700	$V_{RMS}$	$V{TEST}= V{iso}$，持续60s（认证）；$V{TEST}= 1.2× V{iso}$，持续1s（100%生产测试）
输入到输出隔离（DIN VDE V0884 - 11和IEC 60747 - 17）
最大脉冲电压	$V_{IMP}$