Mar . 2025
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随着功率半导体IGBT，SiC MOSFET技术的发展和系统设计的优化，电平位移驱动电路应用场景越来越广，电压从600V拓展到了1200V。英飞凌1200V电平位移型颈驱动芯片电流可达+/-2.3A，可驱动中功率IGBT，包括Easy系列模块。目标10kW+应用，如商用HVAC、热泵、伺服驱动器、工业变频器、泵和风机。本文就来介绍一个设计案例，采用电平位移驱动器碳化硅SiC MOSFET 5kW交错调制图腾柱PFC评估板。
从设计上看，这是一个很好的工业应用案例，涉及自举电路用在中功率驱动和工频50Hz的驱动中的应用。
评估板的型号为EVAL-1EDSIC-PFC-5KW，是采用交错图腾柱实现PFC的完整方案，三个半桥桥臂结构，见下图，两个高频桥臂的功率开关采用650V 22mΩ的碳化硅MOSFET IMBG65R022M1H，一个低频桥臂采用10 mΩ600V的CoolMOS™ S7 IPQC60R010S7。
CoolMOS™ S7是高压SJ MOSFET，其针对RDS(on)优化，用于低频开关。非常适合固态断路器和继电器、PLC、电池保护以及大功率电源中的有源桥式整流。
Si和SIC MOSFET驱动都采用基于SOI技术电平位移驱动芯片。
其中SiC MOSFET的驱动采用电平位移驱动芯片1ED21271S65F，它是4A 650V的大电流高压侧栅极驱动器，带过电流保护(OCP)、多功能RCIN/故障/使能(RFE)和集成自举二极管(BSD)，DSO-8封装。
CoolMOS™ S7的驱动采用基于SOI技术电平位移驱动芯片2ED2182S06F，它是2.5A 650V高速大电流半桥栅极驱动器IC，集成自举二极管，DSO-8封装。
5kW交错调制图腾柱PFC的设计，在230VAC半负载条件下，实现效率为98.7%，尺寸为218mm x 170mm x 60mm，即功率密度达到36W/in3。
■ EiceDRIVER™ 1ED21271S65F驱动CoolSiC™ MOSFET
■ CoolSiC™ MOSFET IMBG65R022M1H
■ EiceDRIVER™ 2ED2182S06F驱动CoolMOS™
■ CoolMOS™ S7 SJ MOSFET 600V IPQC60R010S7
■ 控制器MCU: XMC™ 4200 Arm® Cortex®-M4
■ 辅助电源：ICE2QR2280G
1ED21271S65F是2025年3月推出的最新产品，电压为650V、输出能力+/-4A的高边栅极驱动器，与其他产品相比，提供了一种更稳健、更具性价比的解决方案。
设计采用英飞凌的绝缘体上硅（SOI）技术，1ED21x7x系列具有出色的可靠性和抗噪能力，能够在负瞬态电压高达-100V时芯片不坏。
可用于高压侧或低压侧高压、大电流、高速功率管驱动，即驱动Si/SiC功率MOSFET和IGBT，击穿电压高达650V，输出电流为+/-4A，传播延迟小于 100ns。
1ED21x7x系列非常适合驱动多个开关并联应用，例如轻型电动汽车中，基于1ED21x7x大电流栅极驱动器的设计，可在一个三相系统中节省多个 NPN/PNP管和外部自举二极管。
在图腾柱PFC设计中，电感器过流保护是个设计难点，1ED21x7x提供简单、易于设计的电感器过流保护。
由于1ED21x7x系列集成了自举二极管，外围电路就显得更简单，下图的实际电路外接了一个600V高速二极管Db和一个5.1Ω电阻，自举电容为1uf。这是为什么呢？
在《驱动电路设计（五）——驱动器的自举电源稳态设计》中强调了自举电路会有电压损失，造成上管驱动电压低于下管电压，而SiC的RDS(ON)会随着驱动电压降低而明显增大，这是要在设计中避免的。
自举电压的损失主要贡献是自举电路中的自举电路中的阻抗，VRboot由下面公式决定，选择更小的外接电阻能降低自举电压的损失，外接5.1欧姆相比驱动内置的等效电阻35欧姆来说小得多，零点几伏的改善对SiC MOSFET的静态损耗降低是非常有价值的。
注：IMBG65R022M1H的QG=67nC
1ED21x7x中的自举电路参数
EiceDRIVER™ 2ED2182S06F驱动CoolMOS™ S7 SJ MOSFET 600V IPQC60R010S7时，就直接采用集成自举二极管，自举电容为33uf+100nf。
2ED2182S06F的静态电流
由于低频桥臂工作在工频50Hz，按照《驱动电路设计（四）---驱动器的自举电源综述》中的设计公式，进行计算。由于频率只有50Hz，驱动器的静态电流被放大了。它的效应要比IPQC60R010S7的QG大一个量级，所以算出来的电容值就比较大，取33uf。
■ QG为功率开关的栅极电荷 318nC (IPQC60R010S7)
■ Iq为相关驱动器的静态电流170uA（数据表中Quiescent VBS supply current）
■ Ileak为自举电容的漏电流(只与电解电容有关，忽略)
■ fSW为功率管的开关频率50Hz
■ UCC为驱动电源电压
■ UF为自举二极管的正向电压
■ UCEsat为下桥臂功率管的电压降
■ S为余量系数
通过以上内容，可以看到不能抄作业的自举电路设计的两个案例，结合之前系列文章中的知识点，读者可以做验证性的设计。
英飞凌新开发了一些功能强大的电平位移驱动电路，把应用场景拓展了，在合理的系统绝缘分配后，可以更积极采用电平位移驱动电路、自举电路来优化系统设计，降低系统成本。
文章來源：英飞凌官微