用于IGBT與功率MOSFET的柵驅動(dòng)器通用芯片

1　引言
　　scale-2芯片組是專(zhuān)門(mén)為適應當今igbt與功率mosfet柵驅動(dòng)器的功能需求而設計的。這些需求包括：可擴展的分離式開(kāi)通與關(guān)斷門(mén)級電流通路;功率半導體器件在關(guān)斷時(shí)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(zhuān)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擾光纖接口;可擴展設置，并具備故障管理;次級故障信號輸入/輸出，3.3v到15v的邏輯兼容性。
　　在延伸漏極雙井雙柵氧cmos制造工藝中使用了這個(gè)芯片組，它包括幾個(gè)不盡相同的次級智能門(mén)級驅動(dòng)（igd）asic和一個(gè)初級邏輯驅動(dòng)插口（ldi）asic。
2　集成的柵驅動(dòng)器核心

　　圖1所示為柵驅動(dòng)器asic原型的顯微照片。它的有源區約為：
　　4 mm×2mm。常規封裝是一個(gè)在高電流接口有著(zhù)雙引線(xiàn)鍵合的soic-16。在成本非常低的情況下，不同的接合法常被用來(lái)控制不同的標準產(chǎn)品的專(zhuān)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纖維接口。這個(gè)高度集成的柵驅動(dòng)器核心包含一個(gè)輸出電流與泄放電流為5.5a的輸出驅動(dòng)級，同時(shí)支持對外置的n型mosfet的直接驅動(dòng)，這樣就可以輕松放大柵極功率和柵極電流分別達到20w與20a甚至更大。半橋推挽式輸出級為在低成本的擴展，幾個(gè)柵驅動(dòng)器并聯(lián)與不依賴(lài)關(guān)斷柵極-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(zhuān)門(mén)為客戶(hù)提供的選項可以通過(guò)在可編程的單層掩膜上預置復合信號單元以及簡(jiǎn)單器件（例如模擬比較器，邏輯門(mén)，cmos晶體管，接口），實(shí)現在最短的時(shí)間內以具有競爭力的價(jià)格投入市場(chǎng)。

　　初級邏輯驅動(dòng)插口（ldi）asic實(shí)現了一個(gè)雙溝道雙向變壓器接口，一個(gè)帶有專(zhuān)用啟動(dòng)序列可擴展的dc-dc轉換器，并且具有可擴展設置和故障管理功能。圖2所示為邏輯驅動(dòng)插口asic原型的顯微照片，其有源區約為4mm × 2 mm，常規封裝為soic-16。
　　為了提高igbt的抗短路能力，一般在開(kāi)啟過(guò)程和導通狀態(tài)下將其柵極-發(fā)射極電壓限制在+15v以下。由于近來(lái)的igbt的閾值柵壓已經(jīng)超過(guò)3v，所以在關(guān)斷過(guò)程和斷開(kāi)狀態(tài)下把柵極-發(fā)射極電壓設置為0v就足夠了。這對于直接把柵驅動(dòng)器集成在功率模塊中的智能功率模塊（ipm）來(lái)說(shuō)是一種慣例。與這些小型的ipm相比，現今常規的大型igbt模塊，帶有36個(gè)以上的并聯(lián)igbt芯片，它的柵極互連線(xiàn)產(chǎn)生的電阻以及集電極-柵極轉移電容都會(huì )增大，這會(huì )對它的關(guān)斷速度，抗噪聲特性造成嚴重的影響，特別是還有可能產(chǎn)生由于瞬間電壓導致的局部誤導通。為了減少這些影響，柵極-發(fā)射極關(guān)斷電壓通常設定為-5v—15 v。
　　因此，在第一種工作模式下，igdasic可以通過(guò)在“vee”管腳（見(jiàn)圖3）調節發(fā)射極電壓的方式，提供給開(kāi)啟導通狀態(tài)一個(gè)調節過(guò)的+15v柵極-發(fā)射極電壓來(lái)作為整個(gè)柵驅動(dòng)器的供給電壓，其測量精確度為±450mv，工藝偏差在3σ內，溫度范圍為400℃—1250℃。驅動(dòng)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-發(fā)射極電壓設定為用戶(hù)需要的值。