滿(mǎn)足主驅系統功能安全需求的驅動(dòng)IC系列1EDI305xAS

自2009年第一代汽車(chē)級高壓EiceDRIVER?發(fā)布以來(lái)，用于主驅的驅動(dòng)IC產(chǎn)品經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)已經(jīng)發(fā)展到第三代集成SPI功能的305x系列，可以靈活配置參數，優(yōu)化驅動(dòng)性能，能兼容用于驅動(dòng)600V/750V/1200V IGBT和SiC MOSFET功率器件。無(wú)核變壓器CT技術(shù)仍是其實(shí)現原副安全隔離功能、傳輸信號和數據的主要手段，滿(mǎn)足IEC60747和UL1577中的8kV基本絕緣要求和6kV增強絕緣，能實(shí)現dv/dt>150V/ns共模電壓暫態(tài)CMTI信號突變能力，抗干擾能力強，同時(shí)，按照ISO26262要求能滿(mǎn)足安規ASCII B或D要求，可以實(shí)現主驅系統功能安全需求。

1

產(chǎn)品簡(jiǎn)介  

目前1EDI305x系列有兩個(gè)型號1EDI3050AS，如圖1所示和1EDI3051，如圖2所示，主要差異是3051可以實(shí)現對兩個(gè)器件并聯(lián)的驅動(dòng)、保護和監測。該產(chǎn)品可以使用-40℃到150℃允許溫度，原邊是5V邏輯信號控制。封裝形式仍然是標準的PG-DSO-36，內部集成了3個(gè)CT線(xiàn)圈，第一個(gè)用于傳輸輸入從原邊到副邊的驅動(dòng)PWM信號，第二個(gè)用于SPI通訊接口進(jìn)行寄存器的寫(xiě)配置，第三個(gè)用于通過(guò)SPI讀取副邊的模擬量數據和寄存器值。

圖1 1EDI3050AS

圖2 1EDI3051AS

主要特點(diǎn)

• 20A峰值軌到軌輸出電流能力

• 分開(kāi)門(mén)級開(kāi)通Ton和關(guān)斷Toff

• 內部和外部米勒門(mén)級鉗位

• 集成+/-2%控制精度的Flyback電源控制芯片

• 雙通道12bit ADC模擬采樣

• 可以配置軟關(guān)斷功能

• 原副邊的主動(dòng)短路ASC功能

• 集成SPI功能接口

• 過(guò)流保護OCP和短路Desat保護

• 驅動(dòng)電壓過(guò)壓欠壓保護、門(mén)級狀態(tài)檢測、門(mén)級輸出保護

2

應用優(yōu)勢  

1EDI3050AS應用上有很多優(yōu)勢和特點(diǎn)，詳細可以參考AN和規格書(shū)，主要強調兩個(gè)幫助降低系統復雜度的差異點(diǎn)，簡(jiǎn)化電路設計的功能。第一個(gè)是集成單端反激電源的控制器，用來(lái)產(chǎn)生功率器件所需要的驅動(dòng)電源Vcc2/Vee2，用Vcc2電壓波動(dòng)形成閉環(huán)反饋控制來(lái)達到2%的電壓精度。第二個(gè)是主動(dòng)短路ASC功能，滿(mǎn)足故障后可以主動(dòng)導通功率器件。

1. 集成單端反激電源控制器

圖3是電源設計的示意圖，紅色部分是外部反激電路需要的基本構成元件。高精度的驅動(dòng)電壓需要有閉環(huán)控制才能實(shí)現，利用Vcc2電壓波動(dòng)閉環(huán)通過(guò)無(wú)核變壓器反饋到原邊產(chǎn)生PWM來(lái)調節，相比傳統通過(guò)外部隔離光耦和額外回路補償方式，可以降低系統復雜度和成本。整個(gè)電源工作最優(yōu)按照斷續導通模式，工作頻率可以實(shí)現100kHz到500kHz范圍改變來(lái)支持變壓器設計，輸出正向電壓范圍可以通過(guò)SPI進(jìn)行14V到21.5V按照15個(gè)擋位進(jìn)行靈活配置。

圖3 基本應用框圖

反饋的電壓精度可以實(shí)現2%以?xún)瓤刂?，尤其對于驅?dòng)SiC器件而言，由于Rdson受驅動(dòng)電壓影響比較大，會(huì )改變導通損耗大小，進(jìn)而影響器件發(fā)熱。舉一個(gè)例子，相比5%的精度而言，按照Vgs=15V對應的Rdson=5.8mohm，最嚴酷情況看Vgs=13.9V，此時(shí)對應的Rdson=6.5mohm，但2%精度Vgs=14.7V對應的為Rdson=5.9mohm，因此，粗略仿真評估后由于電源精度引起的導通損耗差異達到9.4%左右，如圖4所示。

圖4 驅動(dòng)電壓Vgs引起的導通損耗

在實(shí)際應用中，可以結合沒(méi)有集成驅動(dòng)控制器的1EDI3040系列產(chǎn)品來(lái)降低電源設計成本，如上橋或下橋驅動(dòng)可以采用1個(gè)1EDI3050來(lái)共用電源產(chǎn)生，2個(gè)1EDI3040來(lái)輔助提供驅動(dòng)，進(jìn)而節省兩個(gè)變壓器和PCB板布局空間。

2. 主動(dòng)短路ASC功能

電驅系統在電動(dòng)車(chē)故障時(shí)候需要將高速電機的反電動(dòng)勢通過(guò)定子產(chǎn)生的能量進(jìn)行泄放，確保電路中直流支撐電容確保安全保護，避免整車(chē)出現無(wú)目的扭矩和車(chē)速輸出，以及過(guò)高的反電動(dòng)勢或高電池包電壓輸出造成人員傷亡，同時(shí)避免對掛在母線(xiàn)上各器件像電容、功率器件的損壞。

在實(shí)際應用中，可以結合沒(méi)有集成驅動(dòng)控制器的1EDI3040系列產(chǎn)品來(lái)降低電源設計成本，如上橋或下橋驅動(dòng)可以采用1個(gè)1EDI3050來(lái)共用電源產(chǎn)生，2個(gè)1EDI3040來(lái)輔助提供驅動(dòng)，進(jìn)而節省兩個(gè)變壓器和PCB板布局空間。

該驅動(dòng)IC通過(guò)原邊SI1 和SI2腳以及副邊ASCS腳都可以實(shí)現ASC功能，使得逆變器中的上三個(gè)橋臂或下三個(gè)橋臂的功率器件同時(shí)導通形成閉環(huán)回路，這是目前主流的主動(dòng)短路模式，而且在應用中有最高的優(yōu)先級來(lái)導通器件，如圖5為典型的應用電路。如果在A(yíng)SCS期間發(fā)生其他驅動(dòng)故障狀態(tài)像UVLO2，OVLO2 或DESAT，OCP時(shí)，詳細請參考規格書(shū)中的故障狀態(tài)表61會(huì )影響進(jìn)入ASC狀態(tài)，輸出Ton會(huì )被拉低，關(guān)掉功率器件。此時(shí)，需要上升沿去清除之前存在的故障狀態(tài)，接著(zhù)才能再次用上升沿來(lái)觸發(fā)進(jìn)入ASC狀態(tài)。

圖 5 推薦ASCS應用電路

3

評估板支持  

英飛凌還提供完整的305x驅動(dòng)IC評估板支持，圖6是評估板，包含半橋結構，12V電源供電，詳細請參考官網(wǎng)上的用戶(hù)指南手冊，可以幫助工程師更快地設計好產(chǎn)品。

圖6 1EDI305x系列評估板

參考文獻

[1] 1EDI3050AS Datasheet Rev1.0

[2] Application notes 1EDI305xAS, V1.0

[3] EiceDRIVER? 1EDI305xAS gate driver evaluation board, Rev1.0

歡迎關(guān)注微信公眾號

英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈