07

Aug . 2024

滿足主驅動系統功能安全需求的驅動IC系列1EDI305xAS

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自2009年第一代汽車級高壓EiceDRIVER™發佈以來,用於主驅動的驅動IC產品經過優化改進已發展到第三代集成SPI功能的305x系列,可以靈活配置參數,優化驅動性能,能相容用於驅動600V/750V/1200V IGBT和SiC MOSFET功率器件。無核變壓器CT技術仍是其實現原副安全隔離功能、傳輸訊號和資料的主要手段,滿足IEC60747和UL1577中的8kV基本絕緣要求和6kV增強絕緣,能實現dv/dt>150V/ns共模電壓暫態CMTI訊號突變能力,抗干擾能力強,同時,按照ISO26262要求能滿足安規ASCII B或D要求,可以實現主驅動系統功能安全需求。

1. 產品簡介

圖1 1EDI3050AS

圖2 1EDI3051AS

目前1EDI305x系列有兩個型號1EDI3050AS,如圖1所示和1EDI3051,如圖2所示,主要差異是3051可以實現對兩個元件並聯的驅動、保護和監測。該產品可使用-40℃到150℃允許溫度,原邊是5V邏輯訊號控制。封裝形式仍然是標準的PG-DSO-36,內部整合了3個CT線圈,第一個用於傳輸輸入從原邊到副邊的驅動PWM訊號,第二個用於SPI通訊介面進行暫存器的寫配置,第三個用於通過SPI讀取副邊的模擬量資料和寄存器值。

主要特點

  • 20A峰值軌到軌輸出電流能力
  • 分門級開通Ton和關Toff
  • 內部和外部米勒門級箝位
  • 集成+/-2%控制精度的Flyback電源控制晶片
  • 雙通道12bit ADC模擬採樣
  • 可以配置軟關斷功能
  • 原副邊的主動短路ASC功能
  • 集成SPI功能介面
  • 過流保護OCP和短路Desat保護
  • 驅動電壓過壓欠壓保護、閘級狀態檢測、閘級輸出保護

2. 應用優勢

1EDI3050AS應用上有許多優點和特點,詳細可以參考AN和規格書,主要強調兩個幫助降低系統複雜度的差異點,簡化電路設計的功能。第一個是集成單端反激電源的控制器,用來產生功率元件所需的驅動電源Vcc2/Vee2,用Vcc2電壓波動形成閉環反饋控制來達到2%的電壓精度。第二個是主動短路ASC功能,滿足故障後可主動導通功率元件。

圖3 基本應用框圖

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所需的基本構成元件。高精度的驅動電壓需要有閉環控制才能實現,利用Vcc2電壓波動閉環透過無核變壓器反饋到原邊產生PWM來調節,相比傳統透過外部隔離光耦和額外迴路補償方式,可以降低系統複雜度和成本。整個電源工作最優依照斷續導通模式,工作頻率可實現100kHz到500kHz範圍改變來支援變壓器設計,輸出正向電壓範圍可透過SPI進行14V到21.5V依照15個擋位進行靈活配置。

圖4 驅動電壓Vgs所引起的導通損耗

反饋的電壓精度可達到2%以內控制,尤其對於驅動SiC元件而言,由於Rdson受驅動電壓影響比較大,會改變導通損耗大小,進而影響元件發熱。舉一個例子,相較於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,粗略仿真評估後因電源精度所造成的導通損耗差異達到9.4%左右,如圖4所示。



在實際應用中,可以結合沒有集成驅動控制器的1EDI3040系列產品來降低電源設計成本,如上橋或下橋驅動可以採用1個1EDI3050來共用電源產生,2個1EDI3040來輔助提供驅動,進而節省兩個變壓器和PCB板佈局空間。

圖 5 推薦ASCS應用電路

2. 主動短路ASC功能

電驅系統在電動車故障時候需要將高速電機的反電動勢通過定子產生的能量進行洩放,確保電路中直流支撐電容確保安全保護,避免整車出現無目的扭力和車速輸出,以及過高的反電動勢或高電池包電壓輸出造成人員傷亡,同時避免對掛在母線上各元件像電容、功率元件的損壞。


在實際應用中,可以結合沒有集成驅動控制器的1EDI3040系列產品來降低電源設計成本,如上橋或下橋驅動可以採用1個1EDI3050來共用電源產生,2個1EDI3040來輔助提供驅動,進而節省兩個變壓器和PCB板佈局空間。


該驅動IC通過原邊SI1 和SI2腳以及副邊ASCS腳都可以實現ASC功能,使得逆變器中的上三個橋臂或下三個橋臂的功率裝置同時導通形成閉環迴路,這是目前主流的主動短路模式,而且在應用上有最高的優先權來導通元件,如圖5為典型的應用電路。若在ASCS期間發生其他驅動故障狀態像UVLO2,OVLO2 或DESAT,OCP時,詳細請參考規格書中的故障狀態表61會影響進入ASC狀態,輸出Ton會被拉低,關掉功率裝置。此時,需要上升沿去清除之前存在的故障狀態,接著才能再次用上升沿來觸發進入ASC狀態。

3. 評估板支持

圖6 1EDI305x系列評估板

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





参考文献

[1] 1EDI3050AS Datasheet Rev1.0

[2] Application notes 1EDI305xAS, V1.0

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


文章來源:英飛凌汽車電子生態圈

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