IGBT柵極驅(qū)動(dòng)器FAN8800及其應(yīng)用

摘要：FAN8800是Fairchild公司生產(chǎn)的IGBT驅(qū)動(dòng)器單片IC，可用于驅(qū)動(dòng)分立和模塊式IGBTs，也可用來驅(qū)動(dòng)功率MOSFET。文中介紹了FAN8800的特點(diǎn)、功能以及應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：IGBT驅(qū)動(dòng)器 OCP與SCP保護(hù) CMOS兼容 FAN8800

FAN8800是美國Fairchild公司生產(chǎn)的單只柵極驅(qū)動(dòng)器IC，用于驅(qū)動(dòng)IGBT模塊及功率MOSFET。這種采用8腳DIP封裝的經(jīng)濟(jì)型器件具有完善的保護(hù)功能，能夠驅(qū)動(dòng)200A/600V和50～100A/1200V的IGBT。

1 引腳功能和參數(shù)

1.1 引腳功能

FAN8800的內(nèi)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(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(dòng)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(shí)（TPLH）：0.35μs；

●到低輸出電平的傳輸延時(shí)（TPLH）：0.35μs；

●過電流保護(hù)（OCP）延盡時(shí)間（TOCP）：80μs；

●短路保護(hù)（SCP）延遲時(shí)間（TSCP）：0.3μs；

●上升時(shí)間（tr）：50ns；

●下降時(shí)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℃）

1.3 主要特點(diǎn)

FAN8800的主要特點(diǎn)如下：

●具有過流和短路保護(hù)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(shí)間可編程；

●內(nèi)置故障條件下的慢關(guān)斷電路；

●具有負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)能力；

●適用于集成功率模塊；

●可用來驅(qū)動(dòng)單只IGBT或功率MOFET。

2 功能與作原理

FAN8800的保護(hù)電路如圖2所示。圖中的高壓快速恢復(fù)二極管D1與內(nèi)部兩個(gè)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(duì)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(hù)（OCP）模式下工作；如果VDSAT≥6.5V，那么器件將進(jìn)入短路保護(hù)（SCP）工作模式。當(dāng)腳5上的驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)從低態(tài)向高態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，IGBT不會(huì)立即進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，而是延時(shí)Td(no)。器件中用300μA的電流源對(duì)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(gè)過電流，那么在一個(gè)83μs(在IC內(nèi)部的一個(gè)固定值)的延時(shí)TOCP之后將在IC腳7上產(chǎn)生一個(gè)故障輸出信號(hào)，如圖3所示。

OCP模式產(chǎn)生的條件是：

4.5VVDESAT6.5V。

如果負(fù)載出現(xiàn)短路，F(xiàn)AN8800中的SCP電路可阻止IGBT因負(fù)載短路而發(fā)生損壞。當(dāng)通過IGBT的電流超過短路解扣電平6.5V時(shí)，經(jīng)過對(duì)電容CDESAT充電時(shí)間Tcharge和SCP延時(shí)TSCP之后，器件將產(chǎn)生一個(gè)故障輸出信號(hào)以關(guān)閉控制器，相關(guān)波形如圖4所示。為防止IGBT不出現(xiàn)誤運(yùn)輸動(dòng)作，對(duì)腳8外部電容CDESAT的充電時(shí)間應(yīng)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(shí)間TDUR=CDUR×(5V-1.4V)/55μA。當(dāng)選取CDUR為2.7nF時(shí)，TDUR為176μs。

IGBT在出現(xiàn)故障時(shí)可通過FAN8800的OCP電路進(jìn)行關(guān)斷。而關(guān)斷時(shí)的離散電感會(huì)在VCE上感生電壓尖峰，F(xiàn)AN8800可利用慢關(guān)斷電路來使電壓尖峰最小化。圖5給出了FAN8800的慢關(guān)斷等效電路圖及相關(guān)邏輯關(guān)系。利用它內(nèi)部的35mA電流源可將IGBT的VGE吸收到關(guān)斷電平，慢關(guān)斷時(shí)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(guān)。在Cge=4.7nF時(shí)，TSLOW約為1. 9μs。

圖6所示為帶輸出緩沖器的FAN8800柵極驅(qū)動(dòng)器的慢關(guān)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(shí)導(dǎo)通的。當(dāng)IGBT在正常工作條件下關(guān)斷時(shí)，Q3給出了柵極到VEE之間的一條路徑。在IGBT關(guān)斷完成之后，Q3被關(guān)斷。而當(dāng)故障信號(hào)使Q3關(guān)斷時(shí)，IGBT將在流過電阻RSLOW上的電流的作用下緩慢關(guān)斷。

3 典型應(yīng)用

圖7給出了FAN8800采用單電源的應(yīng)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(hào)經(jīng)光耦合器（如PC817）加至3腳，5腳上的輸出用于驅(qū)動(dòng)IGBT。腳1外部4.7nF的電容可用來決定故障輸出持續(xù)時(shí)間，腳7上的故障輸出信號(hào)經(jīng)光耦合器連到指示器。

FAN8800采用雙電源供電的應(yīng)用電路如圖8所示。在該應(yīng)用電路中，F(xiàn)AN8800的腳5輸出上帶緩沖器的應(yīng)用電路。該電路也采用±15V對(duì)偶電源供電，被驅(qū)動(dòng)的IGBT容量可達(dá)400A/600V。