滿足主驅(qū)系統(tǒng)功能安全需求的驅(qū)動IC系列1EDI305xAS

發(fā)布人：hejingfeng 時間：2024-10-10 來源：工程師

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自2009年第一代汽車級高壓EiceDRIVER?發(fā)布以來，用于主驅(qū)的驅(qū)動IC產(chǎn)品經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)已經(jīng)發(fā)展到第三代集成SPI功能的305x系列，可以靈活配置參數(shù)，優(yōu)化驅(qū)動性能，能兼容用于驅(qū)動600V/750V/1200V IGBT和SiC MOSFET功率器件。無核變壓器CT技術(shù)仍是其實現(xiàn)原副安全隔離功能、傳輸信號和數(shù)據(jù)的主要手段，滿足IEC60747和UL1577中的8kV基本絕緣要求和6kV增強(qiáng)絕緣，能實現(xiàn)dv/dt>150V/ns共模電壓暫態(tài)CMTI信號突變能力，抗干擾能力強(qiáng)，同時，按照ISO26262要求能滿足安規(guī)ASCII B或D要求，可以實現(xiàn)主驅(qū)系統(tǒng)功能安全需求。

產(chǎn)品簡介

目前1EDI305x系列有兩個型號1EDI3050AS，如圖1所示和1EDI3051，如圖2所示，主要差異是3051可以實現(xiàn)對兩個器件并聯(lián)的驅(qū)動、保護(hù)和監(jiān)測。該產(chǎn)品可以使用-40℃到150℃允許溫度，原邊是5V邏輯信號控制。封裝形式仍然是標(biāo)準(zhǔn)的PG-DSO-36，內(nèi)部集成了3個CT線圈，第一個用于傳輸輸入從原邊到副邊的驅(qū)動PWM信號，第二個用于SPI通訊接口進(jìn)行寄存器的寫配置，第三個用于通過SPI讀取副邊的模擬量數(shù)據(jù)和寄存器值。

圖1 1EDI3050AS

圖2 1EDI3051AS

主要特點

20A峰值軌到軌輸出電流能力
分開門級開通Ton和關(guān)斷Toff
內(nèi)部和外部米勒門級鉗位
集成+/-2%控制精度的Flyback電源控制芯片
雙通道12bit ADC模擬采樣
可以配置軟關(guān)斷功能
原副邊的主動短路ASC功能
集成SPI功能接口
過流保護(hù)OCP和短路Desat保護(hù)
驅(qū)動電壓過壓欠壓保護(hù)、門級狀態(tài)檢測、門級輸出保護(hù)

應(yīng)用優(yōu)勢

1EDI3050AS應(yīng)用上有很多優(yōu)勢和特點，詳細(xì)可以參考AN和規(guī)格書，主要強(qiáng)調(diào)兩個幫助降低系統(tǒng)復(fù)雜度的差異點，簡化電路設(shè)計的功能。第一個是集成單端反激電源的控制器，用來產(chǎn)生功率器件所需要的驅(qū)動電源Vcc2/Vee2，用Vcc2電壓波動形成閉環(huán)反饋控制來達(dá)到2%的電壓精度。第二個是主動短路ASC功能，滿足故障后可以主動導(dǎo)通功率器件。

1. 集成單端反激電源控制器

圖3是電源設(shè)計的示意圖，紅色部分是外部反激電路需要的基本構(gòu)成元件。高精度的驅(qū)動電壓需要有閉環(huán)控制才能實現(xiàn)，利用Vcc2電壓波動閉環(huán)通過無核變壓器反饋到原邊產(chǎn)生PWM來調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)通過外部隔離光耦和額外回路補(bǔ)償方式，可以降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。整個電源工作最優(yōu)按照斷續(xù)導(dǎo)通模式，工作頻率可以實現(xiàn)100kHz到500kHz范圍改變來支持變壓器設(shè)計，輸出正向電壓范圍可以通過SPI進(jìn)行14V到21.5V按照15個擋位進(jìn)行靈活配置。

圖3 基本應(yīng)用框圖

反饋的電壓精度可以實現(xiàn)2%以內(nèi)控制，尤其對于驅(qū)動SiC器件而言，由于Rdson受驅(qū)動電壓影響比較大，會改變導(dǎo)通損耗大小，進(jìn)而影響器件發(fā)熱。舉一個例子，相比5%的精度而言，按照Vgs=15V對應(yīng)的Rdson=5.8mohm，最嚴(yán)酷情況看Vgs=13.9V，此時對應(yīng)的Rdson=6.5mohm，但2%精度Vgs=14.7V對應(yīng)的為Rdson=5.9mohm，因此，粗略仿真評估后由于電源精度引起的導(dǎo)通損耗差異達(dá)到9.4%左右，如圖4所示。

圖4 驅(qū)動電壓Vgs引起的導(dǎo)通損耗

在實際應(yīng)用中，可以結(jié)合沒有集成驅(qū)動控制器的1EDI3040系列產(chǎn)品來降低電源設(shè)計成本，如上橋或下橋驅(qū)動可以采用1個1EDI3050來共用電源產(chǎn)生，2個1EDI3040來輔助提供驅(qū)動，進(jìn)而節(jié)省兩個變壓器和PCB板布局空間。

2. 主動短路ASC功能

電驅(qū)系統(tǒng)在電動車故障時候需要將高速電機(jī)的反電動勢通過定子產(chǎn)生的能量進(jìn)行泄放，確保電路中直流支撐電容確保安全保護(hù)，避免整車出現(xiàn)無目的扭矩和車速輸出，以及過高的反電動勢或高電池包電壓輸出造成人員傷亡，同時避免對掛在母線上各器件像電容、功率器件的損壞。

該驅(qū)動IC通過原邊SI1 和SI2腳以及副邊ASCS腳都可以實現(xiàn)ASC功能，使得逆變器中的上三個橋臂或下三個橋臂的功率器件同時導(dǎo)通形成閉環(huán)回路，這是目前主流的主動短路模式，而且在應(yīng)用中有最高的優(yōu)先級來導(dǎo)通器件，如圖5為典型的應(yīng)用電路。如果在ASCS期間發(fā)生其他驅(qū)動故障狀態(tài)像UVLO2，OVLO2 或DESAT，OCP時，詳細(xì)請參考規(guī)格書中的故障狀態(tài)表61會影響進(jìn)入ASC狀態(tài)，輸出Ton會被拉低，關(guān)掉功率器件。此時，需要上升沿去清除之前存在的故障狀態(tài)，接著才能再次用上升沿來觸發(fā)進(jìn)入ASC狀態(tài)。