EiceDRIVER? 2EDR8259H等雙通道隔離柵極驅動器IC：設計與應用詳解

作為一名電子工程師，在設計電源轉換系統時，選擇合適的柵極驅動器IC至關重要。今天就來詳細聊聊英飛凌的EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列雙通道隔離柵極驅動器IC。

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1. 產品概述

EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X是一系列雙通道隔離柵極驅動器IC，專為驅動Si和SiC MOSFET以及GaN HEMT功率開關而設計。所有產品都采用300 mil DSO封裝，輸入到輸出爬電距離為8 mm，并通過片上無芯變壓器（CT）技術提供增強隔離。其中，2EDRx259X和2EDRx258X的14引腳DSO封裝版本增加了通道間爬電距離，適用于更高總線電壓或更高污染等級的應用，也能簡化PCB布線。

這些驅動器的優勢在于提供可選的直通保護（STP）和死區時間控制（DTC）功能，可配置為雙通道低端、雙通道高端或半橋柵極驅動器。同時，它們具備出色的共模瞬態抗擾度（CMTI）、低器件間偏差和快速信號傳播特性，非常適合快速開關電源轉換系統。

1.1 產品特性

1.2 產品系列參數

2. 功能描述

2.1 電源和欠壓鎖定（UVLO）

由于輸入到輸出和通道間的隔離，該驅動器需要三個具有獨立電源管理的電源域。輸入和輸出電源的欠壓鎖定（UVLO）功能確保了在所有工作條件下都能實現確定的啟動和穩健的功能。

• 輸入電源電壓：輸入芯片通過VDDI供電，支持3 V至17 V的寬電源電壓范圍。建議在VDDI和GNDI之間靠近器件處放置一個至少100 nF的陶瓷旁路電容。輸入電源的UVLO功能確保在$V{DDI}$低于UVLO時，無數據傳輸到輸出側，柵極驅動器輸出保持低電平；當$V{DDI}$超過UVLO電平時，PWM輸入信號才會傳輸到輸出側。
• 輸出電源電壓：兩個輸出芯片分別通過兩個獨立的電源電壓$V{DDA}$和$V{DDB}$（最高20 V）供電。建議在VDDA和GNDA、VDDB和GNDB之間靠近器件處各放置一個陶瓷旁路電容，最小電容值為$20 ×C{iss}$（MOSFET輸入電容），以確保電源引腳的紋波在可接受范圍內（$V{DDO}$的5%）。輸出電源的UVLO功能確保只有當輸出電源電壓超過輸出側UVLO時，柵極驅動器輸出才能切換，保證開關晶體管始終處于安全工作區（SOA）。目前有4 V、8 V、12 V和15 V UVLO閾值的版本可供選擇。

2.2 輸入級 - INA, INB, DISABLE

輸入信號INA和INB控制兩個獨立的PWM通道，輸入信號非反相傳輸到相應的柵極驅動器輸出OUTA和OUTB。所有輸入都與LV - TTL閾值電平兼容，具有約0.8 V的遲滯，且該遲滯與電源電壓$V_{DDI}$無關。PWM輸入內部下拉至邏輯低電平（GNDI），在電源啟動序列中，若PWM控制器信號狀態不確定，柵極驅動器輸出將被強制為“關”狀態。DIS/EN輸入可無條件控制兩個通道的輸出，當DIS/EN為高電平時，無論INA和INB狀態如何，OUTA和OUTB都為低電平。

2.3 直通保護和可配置死區時間 - STP/DTC

2.4 柵極驅動器輸出

柵極驅動器輸出采用互補MOS晶體管實現軌到軌輸出級，能夠提供典型的5 A源電流和9 A灌電流峰值。低導通電阻和高驅動電流特性，對于快速切換大型MOSFET非常有利。在輸入浮空或電源電壓不足（低于UVLO閾值）時，驅動器輸出會主動鉗位到低電平（GNDA，GNDB）。

2.5 欠壓鎖定條件下的快速有源輸出鉗位

欠壓鎖定（UVLO）功能確保在電源低于UVLO閾值時，柵極驅動器輸出不工作。但僅靠UVLO不足以保證驅動器輸出保持低電平，功率級中的瞬態或噪聲可能會拉高驅動器輸出節點和柵極電壓，導致開關意外導通。該驅動器的輸出級采用快速輸出鉗位電路，可在所有UVLO情況下有效應對輸出過沖，確保安全運行。

2.6 CT通信和輸入到輸出數據傳輸

基于無芯變壓器（CT）的通信模塊用于PWM信號在輸入和輸出之間的傳輸。發射器采用經過驗證的高分辨率脈沖重復方案，接收器端設有看門狗超時機制，可從通信故障中恢復，并在故障情況下確保系統安全關閉。

3. 電氣特性

3.1 絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全工作至關重要。該驅動器的絕對最大額定值涵蓋了輸入電源電壓、輸出電源電壓、輸入引腳電壓、輸出引腳電壓、反向電流峰值、結溫、存儲溫度、焊接溫度和ESD能力等參數。例如，輸入電源電壓范圍為 - 0.3 V至18 V，輸出電源電壓最大為22 V（部分參數需注意特定條件）。

3.2 熱特性

熱特性是評估器件在不同散熱條件下性能的重要指標。該驅動器的熱特性通過模擬測試獲得，在輸入側施加65 mW、任何輸出通道施加200 mW的情況下，給出了不同散熱條件下的熱阻參數，如熱阻結 - 殼（頂部）、熱阻結 - 環境、熱阻結 - 板等。

3.3 工作范圍

驅動器的工作范圍包括輸入電源電壓、輸出電源電壓、輸入電壓、結溫、環境溫度等參數。輸入電源電壓范圍為3 V至17 V，輸出電源電壓根據不同的UVLO選項有所不同，如4 V UVLO選項下為4.5 V至20 V等。

3.4 電氣特性

在$V{DDI}=3.3 ~V$、$V{DDA / B}=12 ~V$且無負載的條件下，給出了驅動器的電氣特性參數。包括電源靜態電流、邏輯輸入閾值、死區時間控制、靜態輸出電阻、動態特性（如傳播延遲、上升時間、下降時間等）以及共模瞬態抗擾度（CMTI）等。例如，輸入到輸出的導通傳播延遲典型值為38 ns，CMTI靜態值大于150 V/ns。

3.5 隔離規格

隔離規格是該系列驅動器的重要特性之一，包括輸入到輸出的爬電距離、電氣間隙、比較跟蹤指數、材料組、污染程度、過電壓類別、隔離電壓等參數。輸入到輸出的爬電距離和電氣間隙均為8 mm，根據不同標準，輸入到輸出的隔離電壓可達5700 VRMS（UL1577），最大脈沖電壓為8000 Vpk（VDE0884 - 11）等。

4. 定時圖

文檔中給出了多個定時圖，用于說明輸入到輸出的傳播延遲、DISABLE到輸出的傳播延遲、通道間傳播延遲失配、脈沖寬度失真、死區時間失真、上升和下降時間、輸入側和輸出側電源UVLO行為以及直通保護和死區時間邏輯等。這些定時圖有助于工程師直觀地了解驅動器在不同信號條件下的工作時序。

5. 典型特性

在$V{DDI}=3.3 V$、$V{DDA / B}=12 ~V$、$T{A}=25^{circ} C$、$f{sw }=1 MHz$且無負載的條件下，給出了輸入側和輸出側電源電流、輸入電壓閾值和UVLO、典型輸出靜態特性、典型傳播延遲、典型死區時間等典型特性曲線，為工程師在實際應用中提供了參考。

6. 封裝外形尺寸

6.1 器件編號和標記

給出了不同型號的器件編號、可訂購的零件編號（OPN）和器件標記，方便工程師在采購和使用過程中進行識別。

6.2 封裝DSO16 - 300mil和DSO14 - 300mil

詳細介紹了DSO16 - 300mil和DSO14 - 300mil封裝的外形尺寸、引腳布局、焊接要求等信息，并強調該器件為綠色產品（RoHS合規），適用于無鉛焊接。

7. 總結

EiceDRIVER? 2EDR8259H、2EDRx259X、2EDRx258X系列雙通道隔離柵極驅動器IC憑借其出色的性能、豐富的功能和可靠的隔離特性，在快速開關電源轉換系統中具有很大的應用潛力。工程師在設計過程中，可根據具體應用需求，合理選擇合適的型號和參數，充分發揮該系列驅動器的優勢，提高電源系統的性能和可靠性。你在使用類似柵極驅動器時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗。