EiceDRIVER™ 高压栅极驱动IC评估板EVAL_1ED020I12 - B2应用解析

作为电子工程师，在设计中常常会用到各种驱动IC，今天我们就来深入探讨一下Infineon Technologies的EiceDRIVER™ 高压栅极驱动IC评估板EVAL_1ED020I12 - B2。

文件下载：EVAL1ED020I12B2TOBO1.pdf

一、引言

EVAL_1ED020I12 - B2评估板是为展示英飞凌IGBT栅极驱动器1ED020I12 - B2（同样适用于1ED020I12 - F2）的功能和关键特性而开发的。不过要注意，这个评估板仅适用于实验室环境，因为它工作在高压下，必须由熟悉所有适用安全标准的合格技术人员操作。英飞凌提供的评估板仅进行功能测试，并且由于其用途，它在退货分析（RMA）、工艺变更通知（PCN）和产品停产（PD）等方面与常规产品的处理程序不同，不能作为批量生产的参考设计。

二、设计特点

1. 主要特性

EVAL_1ED020I12 - B2采用半桥配置，包含两个IGBT栅极驱动器1ED020I12 - B2和一个IGBT模块FS25R12W1T4_B11（仅连接两个IGBT）。它具有以下主要特性：

• 电气隔离：通过英飞凌栅极驱动器的无芯变压器技术实现电气隔离，1ED020I12 - B2适用于基本隔离。
• 半桥内部隔离：通过定义的爬电距离实现半桥内部的隔离。
• 短路保护：能够有效检测并应对短路情况。
• 欠压锁定：保障在电压不足时的安全。
• 有源米勒钳位：防止寄生导通。
• 自举功能：为高端IGBT提供自举功能。
• 丰富的连接接口：配备5V数字电源、15V电源、复位、高压电源和外部负载的连接器。
• 状态指示灯：分别为5V电源、15V电源、就绪和故障状态提供指示灯，且区分高端和低端驱动器。
• 直流母线电容：具备直流母线电容。

2. 关键数据

所有数据均为环境温度25°C时的值，具体如下：	参数	描述	典型值	最小值	最大值	单位
+15V	15V电压供应	15	13	17.5	V
5V	5V电压供应	5	4.5	5.5	V
HV	高压供应	-	-	600	V
I Out	输出电流	-	-	25	A
I Gmax	最大峰值栅极驱动器输出电流	-	-	2	A
R Gmin	限制栅极驱动器输出的最小栅极电阻	-	10	-	Ω

需要注意的是，当所有参数同时处于最大额定值时，性能和质量可能无法保证，使用时务必确保不超过最大额定值。

3. 引脚分配

评估板的引脚分配详细明确，例如RESET连接器，右端子的/RST与X1 - B1相同，左端子的GND与X1 - A16相同，左端子的+5V为正5V逻辑电源等。具体的引脚功能可参考文档中的表格。

4. IGBT模块

评估板上安装了英飞凌IGBT EasyPACK 1B模块FS25R12W1T4_B11，如需详细信息，可访问英飞凌网页获取相关文档。

三、电气特性

1. 电源电压

数字部分（+5V VCC1）和驱动器输出（+15V VCC2）的电源电压需通过专用连接器外部提供。评估板没有过压供应监测功能，因此用户必须确保电压在正确范围内，超过最大值会损坏IGBT驱动器。电源电压的可用性可以通过绿色状态指示灯查看。高端栅极驱动器通过自举二极管DBOOT供电，为确保在高端IGBT开启前自举电容充电，低端IGBT需要在特定时间内开启。

2. 欠压锁定

1ED020I12 - B2会监测+15V电源VCC2，当电压低于13V时，驱动器输出将关闭。通过顶部和底部的黄色READY指示灯可以查看此状态，灯亮表示+15V电源大于13V。

3. VCEsat监测用于短路检测

英飞凌栅极驱动器1ED020I12 - B2通过测量IGBT的VCEsat电压来实现短路检测。当发生短路时，集电极电流和饱和电压会增加。如果IGBT处于导通状态且VCE达到9V，将检测到短路并关闭栅极驱动器输出。此状态通过/FLT信号报告，相应的FAULT指示灯会亮起。FAULT状态由1ED020I12 - B2锁存，需要将RESET信号接地来复位。

4. 有源米勒钳位

评估板上的1ED020I12 - B2采用单极性电压+15V/0V供电，而非双极性电压（如+15V / - 8V）。为避免因另一侧IGBT开启而导致栅极寄生导通，使用了“有源米勒钳位”功能。在关断期间，监测栅极电压，当栅极电压低于相对于VEE2的2V时，钳位输出激活，将栅极电压钳位到VEE2，直到栅极驱动器输出收到开启命令。

5. IGBT开关

IGBT的开关特性由栅极电阻RG1B、RG1T、RG2B和RG2T定义。这些栅极电阻针对IGBT模块FS25R12W1T4_B11进行了适配，以在输出端保持快速斜率的同时减少振荡。可以通过更换RG1B和RG1T的值来调整开关特性，以适应特定应用或不同的IGBT。使用RG2B和RG2T以及DG1B和DG1T可以独立改变IGBT的导通和关断斜率。为避免顶部和底部IGBT之间的直通，操作人员需要确保足够的死区时间，此设置下死区时间应大于1µs。

6. 直流母线电容

由于空间限制，评估板上只有一个220nF的小直流母线电容。如果需要更大的直流母线电容，需要将其外部连接到V + HV和GND_HV连接器。

7. 输入PWM信号

1ED020I12 - B2的PWM输入引脚可以配置为非反相输入逻辑或反相输入逻辑。评估板设计为使用非反相输入，也可以通过更换RIN1T、RIN1B、RP1T和RP1B来使用反相输入逻辑。此外，还可以在PWM输入信号中使用低通滤波器来避免因干扰导致IGBT意外开启，虽然评估板未使用此功能，但可以通过更改电阻RIN1T、RIN1B、RIN2T、RIN2B和电容CIN1T、CIN1B、CIN2T、CIN2B来进行测试。

四、原理图和布局

1. 原理图

评估板的原理图包括HV电源输入和直流母线、LV电源和复位输入、连接器X1、英飞凌驱动器1ED020I12 - B2的顶部和底部、IGBT模块Infineon FS25R12W1T4_B11以及LED、FAULT和READY逻辑等部分。

2. 布局

• 爬电距离：1ED020I12 - B2 IGBT栅极驱动器的无芯变压器确保了输入和输出之间的隔离。布局保证的爬电距离在低压和高压电源之间为8mm，在高压电源区域内为2.4mm。
• 顶层布局：展示了评估板的顶层布局。
• 底层布局：展示了评估板的底层布局。
• 顶部视图：呈现了评估板的顶部视图。

3. 物料清单

文档中详细列出了评估板的物料清单，包括电容、二极管、电阻、驱动器IC、晶体管等各种元件的参数和封装信息。

综上所述，EiceDRIVER™ 高压栅极驱动IC评估板EVAL_1ED020I12 - B2具有丰富的功能和特性，为电子工程师在IGBT驱动设计方面提供了很好的参考。大家在实际应用中，是否遇到过类似评估板在使用过程中的一些特殊问题呢？欢迎在评论区交流分享。