IGBT柵極驅動器FAN8800及其應用

摘要：FAN8800是Fairchild公司生產的IGBT驅動器單片IC，可用于驅動分立和模塊式IGBTs，也可用來驅動功率MOSFET。文中介紹了FAN8800的特點、功能以及應用電路。

關鍵詞：IGBT驅動器 OCP與SCP保護 CMOS兼容 FAN8800

FAN8800是美國Fairchild公司生產的單只柵極驅動器IC，用于驅動IGBT模塊及功率MOSFET。這種采用8腳DIP封裝的經濟型器件具有完善的保護功能，能夠驅動200A/600V和50～100A/1200V的IGBT。

1 引腳功能和參數

1.1 引腳功能

FAN8800的內部電路原理框圖如圖1所示。表1列出了FAN8800的引腳功能。

表1 FAN8800引腳功能

1.2 主要電氣參數

FAN8800的主要參數如下：

●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的推薦工作參數如表2所列。

表2 推薦工作條件（Ta=25℃）

1.3 主要特點

FAN8800的主要特點如下：

●具有過流和短路保護功能；

●內含CMOS兼容輸入和故障狀態指示器；

●故障輸出持續時間可編程；

●內置故障條件下的慢關斷電路；

●具有負柵極驅動能力；

●適用于集成功率模塊；

●可用來驅動單只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，FSESAT=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上的驅動輸出信號從低態向高態轉換時，IGBT不會立即進入飽和導通狀態，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)出現操作誤差。

如果在IGBT中出現一個過電流，那么在一個83μs(在IC內部的一個固定值)的延時TOCP之后將在IC腳7上產生一個故障輸出信號，如圖3所示。

OCP模式產生的條件是：

4.5VVDESAT6.5V。

如果負載出現短路，FAN8800中的SCP電路可阻止IGBT因負載短路而發生損壞。當通過IGBT的電流超過短路解扣電平6.5V時，經過對電容CDESAT充電時間Tcharge和SCP延時TSCP之后，器件將產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。

故障輸出持續時間TDUR=CDUR×(5V-1.4V)/55μA。當選取CDUR為2.7nF時，TDUR為176μs。

IGBT在出現故障時可通過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，FAN8800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柵極和發射極之間的內部等效電容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柵極驅動器的慢關斷電路等效電路，圖中由于從IGBT的柵極到IC內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。輸入信號經光耦合器（如PC817）加至3腳，5腳上的輸出用于驅動IGBT。腳1外部4.7nF的電容可用來決定故障輸出持續時間，腳7上的故障輸出信號經光耦合器連到指示器。

FAN8800采用雙電源供電的應用電路如圖8所示。在該應用電路中，FAN8800的腳5輸出上帶緩沖器的應用電路。該電路也采用±15V對偶電源供電，被驅動的IGBT容量可達400A/600V。