IGBT栅极驱动器FAN8800及其应用

1、IGBT栅极驱动器FAN8800及其应用          摘要：FAN8800是Fairchild公司生产的IGBT驱动器单片IC，可用于驱动分立和模块式IGBTs，也可用来驱动功率MOSFET。文中介绍了FAN8800的特点、功能以及应用电路。  FAN8800是美国Fairchild公司生产的单只栅极驱动器IC，用于驱动IGBT模块及功率MOSFET。这种采用8脚DIP封装的>' target='_blank' class='infotextkey&#

2、39;>经济型器件具有完善的保护功能，能够驱动200A/600V和50100A/1200V的IGBT。1 引脚功能和参数1.1 引脚功能    FAN8800的内部电路原理框图如图1所示。表1列出了FAN8800的引脚功能。表1 FAN8800引脚功能脚  号引脚名称功    能    描    述1TDUR故障输出持续时间。该时间可通过该脚外部的接地电容CDUR来设定。在CDUR=25.7nF下，TDUR典型值是170s2GND接地端3IN栅极驱动输出(VO

3、UT)控制输入4VEE负电源电压5OUT栅极驱动电压输出端6Vcc正电源电压7FAULT故障输出。在故障情况被检测时，该脚从逻辑低变为逻辑高8DESAT离饱和（de-saturation）电压检测输入端1.2 主要电气参数 FAN8800的主要参数如下：最大输出的电源电流/吸收（sink）电流：1A/2A；最大故障输出电源电流/吸收电流：25mA/10mA；最高输入电压（VIN）：VEE-0.3VVcc；最大工作温度范围：-40105；启动电压：11.5V；欠压闭锁（ULVO）门限电压：10.5V；电源工作电流：20mA；到高输出电平的传输延时（TPLH）：0.35s；到低输出电平的传输延时（

4、TPLH）：0.35s；过电流保护（OCP）延尽时间（TOCP）：80s；短路保护（SCP）延迟时间（TSCP）：0.3s；上升时间（tr）：50ns；下降时间（tf）：50ns。FAN8800的推荐工作参数如表2所列。表2 推荐工作条件（Ta=25）参  数符  号MINTYPEMAX单  位正电源电压VCC+13+15+18V负电源电压VEE-13-15-18V工作环境温度Ta-40251051.3 主要特点    FAN8800的主要特点如下：具有过流和短路保护功能；内含CMOS兼容输入和故障状态指示器；故障输出持续时间可编程；

5、内置故障条件下的慢关断电路；具有负栅极驱动能力；适用于集成功率模块；可用来驱动单只IGBT或功率MOFET。2 功能与作原理FAN8800的保护电路如图2所示。图中的高压快速恢复二极管D1与内部两个比较器用来检测IGBT的集电极电压而不是集电极电流。Q4与IGBT的工作状态是相反的。300A的电流源用于对电容CDESAT充电，其电压为VDESAT。如果IGBT的饱和压缩为VCE（SAT），D1的正向压降为VF，那么，FSESAT=VCE(SAT)+VF。如果VDESAT4.5V，器件将在过电流保护（OCP）模式下工作；如果VDSAT6.5V，那么器件将进入短路保护（SCP）工作模式。当脚5上的

6、驱动输出信号从低态向高态转换时，IGBT不会立即进入饱和导通状态，而是延时Td(no)。器件中用300A的电流源对CDEAT充电的目的也就是为了防止Td(on)出现操作误差。如果在IGBT中出现一个过电流，那么在一个83s(在IC内部的一个固定值)的延时TOCP之后将在IC脚7上产生一个故障输出信号，如图3所示。OCP模式产生的条件是：4.5V<VDESAT<6.5V。如果负载出现短路，FAN8800中的SCP电路可阻止IGBT因负载短路而发生损坏。当通过IGBT的电流超过短路解扣电平6.5V时，经过对电容CDESAT充电时间Tcharge和SCP延时TSCP之后，器件将产生一个故

7、障输出信号以关闭控制器，相关波形如图4所示。为防止IGBT不出现误运输动作，对脚8外部电容CDESAT的充电时间应不小于1s，一般选取35s。为此，CDESAT可选取220pF并具有良好热特性的电容器。故障输出持续时间TDUR=CDUR×(5V-1.4V)/55A。当选取CDUR为2.7nF时，TDUR为176s。IGBT在出现故障时可通过FAN8800的OCP电路进行关断。而关断时的离散电感会在VCE上感生电压尖峰，FAN8800可利用慢关断电路来使电压尖峰最小化。图5给出了FAN8800的慢关断等效电路图及相关逻辑关系。利用它内部的35mA电流源可将IGBT的VGE吸收到关断电平

8、，慢关断时间TSLOW与IGBT栅极和发射极之间的内部等效电容Cge密切相关。在Cge=4.7nF时，TSLOW约为1. 9s。图6所示为带输出缓冲器的FAN8800栅极驱动器的慢关断电路等效电路，图中由于从IGBT的栅极到IC内35mA电流源之间没有直接通路，故在Q2与VEE之间插入了P沟道MOSFET（Q3）。在正常工作期间，IGBT与Q3是同时导通的。当IGBT在正常工作条件下关断时，Q3给出了栅极到VEE之间的一条路径。在IGBT关断完成之后，Q3被关断。而当故障信号使Q3关断时，IGBT将在流过电阻RSLOW上的电流的作用下缓慢关断。3 典型应用图7给出了FAN8800采用单电源的应用电路。15V的电源电压约330F和0.1F的电容滤波和高频旁路后施加到IC的6脚。输入信号经光耦合器（如PC817）加至3脚，5脚上的输出用于驱动IGBT。脚1外部4.7nF的电容可用来决定故障输出持续时间，脚7上的故障输出