用于IGBT與功率MOSFET的柵驅(qū)動(dòng)器通用芯片

1　引言
　　scale-2芯片組是專門為適應(yīng)當(dāng)今igbt與功率mosfet柵驅(qū)動(dòng)器的功能需求而設(shè)計(jì)的。這些需求包括：可擴(kuò)展的分離式開通與關(guān)斷門級(jí)電流通路;功率半導(dǎo)體器件在關(guān)斷時(shí)的輸出電壓可以為有源箝位提供支持;多電平變換器與并聯(lián)功率器件的專業(yè)控制功能的兼容性;可以選擇使用低成本的雙向信號(hào)的變壓器接口或抗電磁干擾光纖接口;可擴(kuò)展設(shè)置，并具備故障管理;次級(jí)故障信號(hào)輸入/輸出，3.3v到15v的邏輯兼容性。
　　在延伸漏極雙井雙柵氧cmos制造工藝中使用了這個(gè)芯片組，它包括幾個(gè)不盡相同的次級(jí)智能門級(jí)驅(qū)動(dòng)（igd）asic和一個(gè)初級(jí)邏輯驅(qū)動(dòng)插口（ldi）asic。
2　集成的柵驅(qū)動(dòng)器核心

　　圖1所示為柵驅(qū)動(dòng)器asic原型的顯微照片。它的有源區(qū)約為：
　　4 mm×2mm。常規(guī)封裝是一個(gè)在高電流接口有著雙引線鍵合的soic-16。在成本非常低的情況下，不同的接合法常被用來控制不同的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的專業(yè)功能，包括可以選擇使用雙向信號(hào)變壓器接口或雙向光導(dǎo)纖維接口。這個(gè)高度集成的柵驅(qū)動(dòng)器核心包含一個(gè)輸出電流與泄放電流為5.5a的輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，同時(shí)支持對(duì)外置的n型mosfet的直接驅(qū)動(dòng)，這樣就可以輕松放大柵極功率和柵極電流分別達(dá)到20w與20a甚至更大。半橋推挽式輸出級(jí)為在低成本的擴(kuò)展，幾個(gè)柵驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)與不依賴關(guān)斷柵極-發(fā)射極電壓的操作控制性都提供了可能。
　　先進(jìn)的控制功能以及專門為客戶提供的選項(xiàng)可以通過在可編程的單層掩膜上預(yù)置復(fù)合信號(hào)單元以及簡(jiǎn)單器件（例如模擬比較器，邏輯門，cmos晶體管，接口），實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格投入市場(chǎng)。

　　初級(jí)邏輯驅(qū)動(dòng)插口（ldi）asic實(shí)現(xiàn)了一個(gè)雙溝道雙向變壓器接口，一個(gè)帶有專用啟動(dòng)序列可擴(kuò)展的dc-dc轉(zhuǎn)換器，并且具有可擴(kuò)展設(shè)置和故障管理功能。圖2所示為邏輯驅(qū)動(dòng)插口asic原型的顯微照片，其有源區(qū)約為4mm × 2 mm，常規(guī)封裝為soic-16。
　　為了提高igbt的抗短路能力，一般在開啟過程和導(dǎo)通狀態(tài)下將其柵極-發(fā)射極電壓限制在+15v以下。由于近來的igbt的閾值柵壓已經(jīng)超過3v，所以在關(guān)斷過程和斷開狀態(tài)下把柵極-發(fā)射極電壓設(shè)置為0v就足夠了。這對(duì)于直接把柵驅(qū)動(dòng)器集成在功率模塊中的智能功率模塊（ipm）來說是一種慣例。與這些小型的ipm相比，現(xiàn)今常規(guī)的大型igbt模塊，帶有36個(gè)以上的并聯(lián)igbt芯片，它的柵極互連線產(chǎn)生的電阻以及集電極-柵極轉(zhuǎn)移電容都會(huì)增大，這會(huì)對(duì)它的關(guān)斷速度，抗噪聲特性造成嚴(yán)重的影響，特別是還有可能產(chǎn)生由于瞬間電壓導(dǎo)致的局部誤導(dǎo)通。為了減少這些影響，柵極-發(fā)射極關(guān)斷電壓通常設(shè)定為-5v—15 v。
　　因此，在第一種工作模式下，igdasic可以通過在“vee”管腳（見圖3）調(diào)節(jié)發(fā)射極電壓的方式，提供給開啟導(dǎo)通狀態(tài)一個(gè)調(diào)節(jié)過的+15v柵極-發(fā)射極電壓來作為整個(gè)柵驅(qū)動(dòng)器的供給電壓，其測(cè)量精確度為±450mv，工藝偏差在3σ內(nèi)，溫度范圍為400℃—1250℃。驅(qū)動(dòng)直流電流必須被限制在 2.8ma以下，這樣外部元件就可以控制將柵極-發(fā)射極電壓設(shè)定為用戶需要的值。