于igbt與功率hosfet的柵驅(qū)動器通用芯片

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1、羽于IGBT與功率HOSFET的柵驅(qū)動器通用芯片羽于IGBT與功率HOSFET的柵驅(qū)動器通用芯片羽于IGBT與功率HOSFET的柵驅(qū)動器通用芯片羽于IGBT與功率HOSFET的柵驅(qū)動器通用芯片用于IGBT與功率PIOSFET的柵驅(qū)動器通用芯片l引言SCALE一2芯片組是專門為適應(yīng)當(dāng)今IGBT與功率MOSFET柵驅(qū)動器的功能需求而設(shè)計的.這些需求包括:可擴(kuò)展的分離式開通與關(guān)斷門級電流通路;功率半導(dǎo)體器件在關(guān)斷時的輸出電壓可以為有源箝位提供支持;多電平變換器與并聯(lián)功率器件的專業(yè)控制功能的兼容性;可以選擇使用低成本的雙向信號的變壓器接口或抗電磁干

2、擾光纖接口;可擴(kuò)展設(shè)置,并具備故障管理;次級故障信號輸人,輸出,3.3V到15V的邏輯兼容性.在延伸漏極雙井雙柵氧CMOS~0造工藝中使用了這個芯片組,它包括幾個不盡相同的次級智能門級驅(qū)動(IGD)ASIC和一個初級邏輯驅(qū)動插口(LDI)ASIC.2集成的棚驅(qū)動器核心圖1所示為柵驅(qū)動器ASIC原型的顯微照片.它的有源區(qū)約為:4m/i/X2m/i/.常規(guī)封裝是一個在高電流接口有著雙引線鍵合的SOIC一54THEWORLDOFINVERTERSr—一北京工業(yè)大學(xué)游雪蘭吳郁張彥飛譯YouXuelanWuYuZhangYanfei【摘要】如今,對I

3、GBT柵驅(qū)動器的要求越來越復(fù)雜,特別是在高壓大電流領(lǐng)域,這需要一個有針對性的集成化解決方案來優(yōu)化開關(guān)特性,可靠性,可擴(kuò)展性,應(yīng)用靈活性以及在合理的成本范圍內(nèi)縮短投放市場的時間.最新開發(fā)的SCALE一2芯片組的核心電路做了專門優(yōu)化,以便適應(yīng)不同種類的JGBT,其應(yīng)用范圍可以達(dá)到150A一3600A,1200V一6500v,并且可以為用戶的專門用途進(jìn)行預(yù)置.【關(guān)鍵詞】lGBr功率MOSFET柵驅(qū)動器圖1智能柵驅(qū)動器(IGD)的顯微照片與分區(qū)示意圖圖2邏輯驅(qū)動插口(LDI)的顯微照片與分區(qū)示意圖16.在成本非常低的情況下,不同的接合法常被用來控制

4、不同的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的專業(yè)功能,包括可以選擇使用雙向信號變壓器接口或雙向光導(dǎo)纖維接口.這個高度集成的柵驅(qū)動器核心包含一個輸出電流與泄放電流為5.5A的輸出驅(qū)動級,同時支持對外置的n型MOSFET的直接驅(qū)動,這樣就可以輕松放大柵極功率和柵極電流分別達(dá)到20W與20A甚至更大.半橋推挽式輸出級為在低成本的擴(kuò)展,幾個柵驅(qū)動器并聯(lián)與不依賴關(guān)斷柵極一發(fā)射極電壓的操作控制性都提供了可能.先進(jìn)的控制功能以及專門為客戶提供的選項可以通過在可編程的單層掩膜上預(yù)置復(fù)合信號單元以及簡單器件(例如模擬比較器,邏輯門,CMOS晶體管,接口),實現(xiàn)在最短的時間內(nèi)以具有競爭力

5、的價格投入市場.初級邏輯驅(qū)動插口(LDI)ASIC實現(xiàn)了一個雙溝道雙向變壓器接口,一個帶有專用啟動序列可擴(kuò)展的DC—DC轉(zhuǎn)換器,并且具有可擴(kuò)展設(shè)置和故障管理功能.圖2所示為邏輯驅(qū)動插口ASIC原型的顯微照片.其有源區(qū)約為4mnl×2mnl,常規(guī)封裝為SoIC一16.為了提高IGBT的抗短路能力,一般在開啟過程和導(dǎo)通狀態(tài)下將其柵極一發(fā)射極電壓限制在+15V以下.由于近來的IGBT的閾值柵壓已經(jīng)超過3V,所以在關(guān)斷過程和斷開狀態(tài)下把柵極一發(fā)射極電壓設(shè)置為0V就足夠了.這對于直接把柵驅(qū)動器集成在功率模塊中的智能功率模塊(IPM)來說是一種慣例.與

6、這些小型的IPM相比,現(xiàn)今常規(guī)的大型IGBT模塊,帶有36個以上的并聯(lián)IGBT芯片,它的柵極互連線產(chǎn)生的電阻以及集電極一柵極轉(zhuǎn)移電容都會增大,這會對它的關(guān)斷速度,抗噪聲特性造成嚴(yán)重的影響,特別是還有可能產(chǎn)生由于瞬間電壓導(dǎo)致的局部誤導(dǎo)通.為了減少這些影響,柵極一發(fā)射極關(guān)斷電壓通常設(shè)定為一5V圖3高度集成的SCALE一2型雙通道IGBT驅(qū)動器核心示意圖--15V.因此,在第一種工作模式下,IGDASIC可以通過在”Vee”管腳(見圖3)調(diào)節(jié)發(fā)射極電壓的方式,提供給開啟導(dǎo)通狀態(tài)一個調(diào)節(jié)過的+15V柵極一發(fā)射極電壓來作為整個柵驅(qū)動器的供給電壓,其測

7、量精確度為±450mV.工藝偏差在30內(nèi),溫度范圍為400℃～1250℃.驅(qū)動直流電流必須被限制在2.8mA以下,這樣外部元件就可以控制將柵極一發(fā)射極電壓設(shè)定為用戶需要的值.由于柵驅(qū)動器的總供給電壓在20.5V以下,所以驅(qū)動器需要使柵極一發(fā)射極電壓保持在一5.5V左右,這樣關(guān)斷狀態(tài)才可以抗噪聲干擾.在這種工作模式下,監(jiān)測到柵極一發(fā)射極開啟電壓小于12.6V,關(guān)斷電壓小于5.15V時故障清除模式就會判斷出錯.與之相應(yīng)的啟動電路與噪聲濾波也已經(jīng)實現(xiàn).柵驅(qū)動器的推薦供給電壓范圍為20.5V一30V.在第二種工作模式,也就是MOSFET模式下,AS

8、IC同樣提供了一個0V的關(guān)斷電壓.一旦這種模式被ASIC監(jiān)測到,故障清除模式將把開啟電壓8.5V作為判斷出錯的標(biāo)準(zhǔn).監(jiān)測關(guān)斷電壓的電路以及+15V的控制電路都將失效.這種模式下的