IGBT柵極驅(qū)動器FAN8800及其應用
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摘要：FAN8800是Fairchild公司生產(chǎn)的IGBT驅(qū)動器單片IC，可用于驅(qū)動分立和模塊式IGBTs，也可用來驅(qū)動功率MOSFET。文中介紹了FAN8800的特點、功能以及應用電路。
本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/226529.htm關鍵詞：IGBT驅(qū)動器 OCP與SCP保護 CMOS兼容 FAN8800
FAN8800是美國Fairchild公司生產(chǎn)的單只柵極驅(qū)動器IC，用于驅(qū)動IGBT模塊及功率MOSFET。這種采用8腳DIP封裝的經(jīng)濟型器件具有完善的保護功能，能夠驅(qū)動200A/600V和50～100A/1200V的IGBT。
1 引腳功能和參數(shù)
1.1 引腳功能
表1 FAN8800引腳功能
| 腳 號 | 引腳名稱 | 功 能 描 述 |
| 1 | TDUR | 故障輸出持續(xù)時間。該時間可通過該腳外部的接地電容CDUR來設定。在CDUR=25.7nF下，TDUR典型值是170μs |
| 2 | GND | 接地端 |
| 3 | IN | 柵極驅(qū)動輸出(VOUT)控制輸入 |
| 4 | VEE | 負電源電壓 |
| 5 | OUT | 柵極驅(qū)動電壓輸出端 |
| 6 | Vcc | 正電源電壓 |
| 7 | FAULT | 故障輸出。在故障情況被檢測時，該腳從邏輯低變?yōu)檫壿嫺?/td> |
| 8 | DESAT | 離飽和（de-saturation）電壓檢測輸入端 |
1.2 主要電氣參數(shù)
FAN8800的主要參數(shù)如下：
●最大輸出的電源電流/吸收（sink）電流：1A/2A；
●最大故障輸出電源電流/吸收電流：25mA/10mA；
●最高輸入電壓（VIN）：VEE-0.3V～Vcc；
●最大工作溫度范圍：-40～105℃；
●啟動電壓：11.5V；
●欠壓閉鎖（ULVO）門限電壓：10.5V；
●電源工作電流：20mA；
●到高輸出電平的傳輸延時（TPLH）：0.35μs；
●到低輸出電平的傳輸延時（TPLH）：0.35μs；
●過電流保護（OCP）延盡時間（TOCP）：80μs；
●短路保護（SCP）延遲時間（TSCP）：0.3μs；
●上升時間（tr）：50ns；
●下降時間（tf）：50ns。
FAN8800的推薦工作參數(shù)如表2所列。
表2 推薦工作條件（Ta=25℃）
| 參 數(shù) | 符 號 | MIN | TYPE | MAX | 單 位 |
| 正電源電壓 | VCC | +13 | +15 | +18 | V |
| 負電源電壓 | VEE | -13 | -15 | -18 | V |
| 工作環(huán)境溫度 | Ta | -40 | 25 | 105 | ℃ |
1.3 主要特點
●具有過流和短路保護功能；
●內(nèi)含CMOS兼容輸入和故障狀態(tài)指示器；
●故障輸出持續(xù)時間可編程；
●內(nèi)置故障條件下的慢關斷電路；
●具有負柵極驅(qū)動能力；
●適用于集成功率模塊；
●可用來驅(qū)動單只IGBT或功率MOFET。
2 功能與作原理
FAN8800的保護電路如圖2所示。圖中的高壓快速恢復二極管D1與內(nèi)部兩個比較器用來檢測IGBT的集電極電壓而不是集電極電流。Q4與IGBT的工作狀態(tài)是相反的。300μA的電流源用于對電容CDESAT充電，其電壓為VDESAT。如果IGBT的飽和壓縮為VCE（SAT），D1的正向壓降為VF，那么，F(xiàn)SESAT=VCE(SAT)+VF。如果VDESAT≥4.5V，器件將在過電流保護（OCP）模式下工作；如果VDSAT≥6.5V，那么器件將進入短路保護（SCP）工作模式。當腳5上的驅(qū)動輸出信號從低態(tài)向高態(tài)轉(zhuǎn)換時，IGBT不會立即進入飽和導通狀態(tài)，而是延時Td(no)。器件中用300μA的電流源對CDEAT充電的目的也就是為了防止Td(on)出現(xiàn)操作誤差。
如果在IGBT中出現(xiàn)一個過電流，那么在一個83μs(在IC內(nèi)部的一個固定值)的延時TOCP之后將在IC腳7上產(chǎn)生一個故障輸出信號，如圖3所示。
OCP模式產(chǎn)生的條件是：
4.5VVDESAT6.5V。
如果負載出現(xiàn)短路，F(xiàn)AN8800中的SCP電路可阻止IGBT因負載短路而發(fā)生損壞。當通過IGBT的電流超過短路解扣電平6.5V時，經(jīng)過對電容CDESAT充電時間Tcharge和SCP延時TSCP之后，器件將產(chǎn)生一個故障輸出信號以關閉控制器，相關波形如圖4所示。為防止IGBT不出現(xiàn)誤運輸動作，對腳8外部電容CDESAT的充電時間應不小于1μs，一般選取3～5μs。為此，CDESAT可選取220pF并具有良好熱特性的電容器。
故障輸出持續(xù)時間TDUR=CDUR×(5V-1.4V)/55μA。當選取CDUR為2.7nF時，TDUR為176μs。
IGBT在出現(xiàn)故障時可通過FAN8800的OCP電路進行關斷。
而關斷時的離散電感會在VCE上感生電壓尖峰，F(xiàn)AN8800可利用慢關斷電路來使電壓尖峰最小化。圖5給出了FAN8800的慢關斷等效電路圖及相關邏輯關系。利用它內(nèi)部的35mA電流源可將IGBT的VGE吸收到關斷電平，慢關斷時間TSLOW與IGBT柵極和發(fā)射極之間的內(nèi)部等效電容Cge密切相關。在Cge=4.7nF時，TSLOW約為1. 9μs。
圖6所示為帶輸出緩沖器的FAN8800柵極驅(qū)動器的慢關斷電路等效電路，圖中由于從IGBT的柵極到IC內(nèi)35mA電流源之間沒有直接通路，故在Q2與VEE之間插入了P溝道MOSFET（Q3）。在正常工作期間，IGBT與Q3是同時導通的。當IGBT在正常工作條件下關斷時，Q3給出了柵極到VEE之間的一條路徑。在IGBT關斷完成之后，Q3被關斷。而當故障信號使Q3關斷時，IGBT將在流過電阻RSLOW上的電流的作用下緩慢關斷。
3 典型應用
圖7給出了FAN8800采用單電源的應用電路。15V的電源電壓約330μF和0.1μF的電容濾波和高頻旁路后施加到IC的6腳。輸入信號經(jīng)光耦合器（如PC817）加至3腳，5腳上的輸出用于驅(qū)動IGBT。腳1外部4.7nF的電容可用來決定故障輸出持續(xù)時間，腳7上的故障輸出信號經(jīng)光耦合器連到指示器。
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