大功率的MOSFET和IGBT驱动芯片

版本变更记录目录1. 特性 (1)2. 描述 (1)3. 应用领域 (1)4. 引脚 (2)4.1 引脚定义 (2)4.2 引脚描述 (2)5. 结构框图 (3)6. 典型应用电路 (3)7. 电气特性 (4)7.1 极限参数 (4)7.2 典型参数 (5)7.3 开关时间特性及死区时间波形图 (6)8. 应用设计 (7)8.1 Vcc端电源电压 (7)8.2 输入逻辑信号要求和输出驱动器特性 (7)8.3 自举电路 (8)9. 封装尺寸 (9)9.1 SOP8封装尺寸 (9)9.2 DFN8封装尺寸 (9)EG3113芯片数据手册V1.01. 特性◼高端悬浮自举电源设计，耐压可达600V◼适应5V、3.3V输入电压◼最高频率支持500KHZ◼低端VCC电压范围2.8V-20V◼输出电流能力I O+/- 2A/2.5A◼内建死区控制电路◼自带闭锁功能，彻底杜绝上、下管输出同时导通◼HIN输入通道高电平有效，控制高端HO输出◼LIN输入通道低电平有效，控制低端LO输出◼外围器件少◼静态电流小于5uA，非常适合电池场合◼封装形式：SOP8，DFN82. 描述EG3113是一款高性价比的大功率MOS管、IGBT管栅极驱动专用芯片，内部集成了逻辑信号输入处理电路、死区时控制电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路，专用于无刷电机控制器中的驱动电路。

EG3113高端的工作电压可达600V，低端Vcc的电源电压范围宽2.8V～20V，静态功耗小于5uA。

该芯片具有闭锁功能防止输出功率管同时导通，输入通道H IN内建了一个200K下拉电阻，LIN内建了上拉5V 高电位,在输入悬空时使上、下功率MOS管处于关闭状态,输出电流能力I O+/- 2/2.5A，采用SOP8封装。

3. 应用领域◼移动电源高压快充开关电源◼电动车控制器◼变频水泵控制器◼600V降压型开关电源◼无刷电机驱动器◼高压Class-D类功放4. 引脚4.1 引脚定义IN IN图4-1. EG3113管脚定义4.2 引脚描述5. 结构框图LOGNDVccHOVS VB图5-1. EG3113内部电路图6. 典型应用电路+12V+600VOUT图6-1. EG3113典型应用电路图7. 电气特性7.1 极限参数注：超出所列的极限参数可能导致芯片内部永久性损坏，在极限的条件长时间运行会影响芯片的可靠性。

几种用于IGBT驱动的集成芯片2. 1 TLP250（TOSHIBA公司生产）在一般较低性能的三相电压源逆变器中，各种与电流相关的性能控制，通过检测直流母线上流入逆变桥的直流电流即可，如变频器中的自动转矩补偿、转差率补偿等。

同时，这一检测结果也可以用来完成对逆变单元中IGBT实现过流保护等功能。

因此在这种逆变器中，对IGBT驱动电路的要求相对比较简单，成本也比较低。

这种类型的驱动芯片主要有东芝公司生产的TLP250，夏普公司生产的PC923等等。

这里主要针对TLP250做一介绍。

TLP250包含一个GaAlAs光发射二极管和一个集成光探测器，8脚双列封装结构。

适合于IGBT或电力MOSFET栅极驱动电路。

图2为TLP250的内部结构简图，表1给出了其工作时的真值表。

TLP250的典型特征如下：1）输入阈值电流（IF）：5 mA（最大）；2）电源电流（ICC）：11 mA（最大）；3）电源电压（VCC）：10～35 V；4）输出电流（IO）：± 0.5 A（最小）；5）开关时间（tPLH /tPHL）：0.5 μ s（最大）；6）隔离电压：2500 Vpms（最小）。

表2给出了TLP250的开关特性，表3给出了TLP250的推荐工作条件。

注：使用TLP250时应在管脚8和5间连接一个0.1 μ F的陶瓷电容来稳定高增益线性放大器的工作，提供的旁路作用失效会损坏开关性能，电容和光耦之间的引线长度不应超过 1 cm。

图3和图4给出了TLP250的两种典型的应用电路。

在图4中，TR1和TR2的选取与用于IGBT驱动的栅极电阻有直接的关系，例如，电源电压为24V时，TR1和TR2的Icmax≥ 24/Rg。

图5给出了TLP250驱动IGBT时，1 200 V/200 A的IGBT上电流的实验波形（50 A/10 μ s）。

可以看出，由于TLP250不具备过流保护功能，当IGBT过流时，通过控制信号关断IGBT，IGBT中电流的下降很陡，且有一个反向的冲击。

MOSFET和IGBT区别MOSFET和IGBT内部结构不同,决定了其应用领域的不同。

1,由于MOSFET的结构，通常它可以做到电流很大，可以到上KA,但是前提耐压能力没有IGBT强。

2,IGBT可以做很大功率，电流和电压都可以,就是一点频率不是太高，目前IGBT 硬开关速度可以到100KHZ,那已经是不错了.不过相对于MOSFET的工作频率还是九牛一毛，MOSFET可以工作到几百KHZ,上MHZ，以至几十MHZ，射频领域的产品. 3,就其应用，根据其特点：MOSFET应用于开关电源，镇流器,高频感应加热,高频逆变焊机,通信电源等等高频电源领域；IGBT集中应用于焊机，逆变器，变频器,电镀电解电源，超音频感应加热等领域开关电源（Switch Mode Power Supply;SMPS) 的性能在很大程度上依赖于功率半导体器件的选择，即开关管和整流器。

虽然没有万全的方案来解决选择IGBT还是MOSFET的问题，但针对特定SMPS应用中的IGBT 和 MOSFET进行性能比较，确定关键参数的范围还是能起到一定的参考作用。

本文将对一些参数进行探讨，如硬开关和软开关ZVS （零电压转换）拓扑中的开关损耗,并对电路和器件特性相关的三个主要功率开关损耗—导通损耗、传导损耗和关断损耗进行描述。

此外，还通过举例说明二极管的恢复特性是决定MOSFET 或 IGBT导通开关损耗的主要因素，讨论二极管恢复性能对于硬开关拓扑的影响。

导通损耗除了IGBT的电压下降时间较长外,IGBT和功率MOSFET的导通特性十分类似。

由基本的IGBT等效电路（见图1）可看出,完全调节PNP BJT集电极基极区的少数载流子所需的时间导致了导通电压拖尾（voltage tail）出现。

这种延迟引起了类饱和（Quasi-saturation）效应，使集电极/发射极电压不能立即下降到其VCE（sat）值。

这种效应也导致了在ZVS情况下，在负载电流从组合封装的反向并联二极管转换到 IGBT的集电极的瞬间，VCE电压会上升。

•BJT开关速度慢，为少子器件，有存储时间。

即使基极电流已经切断甚至反向，集电极与发射极仍然保持导通一段时间。

然后才进入下降时间。

这段时间产生了电压、电流交叉。

低压BJT由于β值高，存储时间小，主要损耗为导通损耗，开关损耗不太大。

IGBT擎住效应：IGBT在集电极与发射极之间有一个寄生PNPN晶闸管，其等效电路如下图所示。

在V2的基极与发射极之间并有一个扩展电阻Rbr，在此电阻上P型体区的横向空穴会产生一定压降，对J3结来说，相当于一个正偏置电压。

在规定的漏极电流范围内，这个正偏置电压不大，V2不起作用，当Id大到一定程度时，该正偏置电压足以使V2开通，进而使V2和V3处于饱和状态，于是寄生晶体管开通，栅极失去控制作用，此时，漏电流增大，造成功耗急剧增加，器件损坏。

晶闸管导通现象被称为IGBT擎住效应, 使用中应避免出现集电极电流过大的情况。

漏极电流有一个临界值Idm。

当Id＞Idm时便会产生擎住效应。

在IGBT关断的动态过程中，假若dvce/dt过高，那么在J2结中引起的位移电流会越大，当该电流流过体区扩展电阻Rbr时，也可产生足以使晶体管V2开通的正向偏置电压，满足寄生晶体管开通擎住的条件，形成动态擎住效应。

使用中必须防止IGBT发生擎住效应，为此可限制Idm值，或者用加大栅极电阻Rg的办法延长IGBT关断时间，以减少dv/dt 的值。

具体地说，这种缺陷的原因互不相同，与器件的状态有密切关系。

通常情况下，静态和动态擎住有如下主要区别：当晶闸管全部导通时，静态擎住出现。

只在关断时才会出现动态擎住。

这一特殊现象严重地限制了安全操作区。

为防止寄生NPN和PNP晶体管的有害现象，有必要采取以下措施：一是防止NPN部分接通，分别改变布局和掺杂级别。

二是降低NPN和PNP晶体管的总电流增益。

此外，擎住电流对PNP和NPN器件的电流增益有一定的影响，因此，它与结温的关系也非常密切;在结温和增益提高的情况下，P基区的电阻率会升高，破坏了整体特性。

关键词：IGBT；驱动与保护；IXDN404引言绝缘栅晶体管IGBT是近年来发展最快而且很有前途的一种复合型器件，并以其综合性能优势在开关电源、UPS、逆变器、变频器、交流伺服系统、DC/DC变换、焊接电源、感应加热装置、家用电器等领域得到了广泛应用。

然而，在其使用过程中，发现了不少影响其应用的问题，其中之一就是IGBT的门极驱动与保护。

目前国内使用较多的有富士公司生产的EXB系列，三菱公司生产的M579系列，MOTOROLA公司生产的MC33153等驱动电路。

这些驱动电路各有特点，均可实现IGBT的驱动与保护，但也有其应用限制，例如：驱动功率低，延迟时间长，保护电路不完善，应用频率限制等。

本文，以IXYS公司生产的IGBT驱动芯片IXDN404为基础，介绍了其特性和参数，设计了实际驱动与保护电路，经过实验验证，可满足IGBT的实际驱动和过流及短路时实施慢关断策略的保护要求。

1 IXDN404驱动芯片简介IXDN404为IXYS公司生产的高速CMOS电平IGBT/MOSFET驱动器，其特性如下：--高输出峰值电流可达到4A；--工作电压范围4.5V～25V；--驱动电容1800pF<15ns；--低传输延迟时间；--上升与下降时间匹配；--输出高阻抗；--输入电流低；--每片含有两路驱动；--输入可为TTL或CMOS电平。

其电路原理图如图1所示，主要电气参数如表1所列。

表1 IXDN404主要电气参数符号参数测试条件最小值典型值最大值单位Vih输入门限电压，逻辑1空 3.5空空 VVil输入门限电压，逻辑0 空空空 0.8VVoh输出电压，逻辑1空 Vcc－0.025空空 VVol输出电压，逻辑0空空空0.025VIpeak峰值输出电流Vcc=18V4空空 AIdc连续输出电流Vce=18V空空 1Atr上升时间C1=1800pF Vcc=18V111215ns tf下降时间C1=1800pF Vcc=18V121417ns tond上升时间延迟C1=1800pF Vcc=18V333438ns toffd下降时间延迟C1=1800pF Vcc=18V283035ns Vcc供电电压空 4.51825VIcc供电电流Vin=＋Vcc空空10μA2 驱动芯片应用与改进图2为IXDN404组成的IGBT实用驱动与保护电路，该电路可驱动1200V/100A的IGBT，驱动电路信号延迟时间不超过150ns，所以开关频率图2由IXDN404组成的IGBT保护与驱动电路图1IXDN404电路原理图可以高达100kHz。

基于MOS管驱动芯片IR2104介绍
IR2104（S）是高电压，高速功率MOSFET和IGBT驱动器与依赖高和低侧参考输出通道。

逻辑输入与标准CMOS或LSTTL输出兼容，降低到3.3V逻辑。

输出驱动器具有高脉冲电流缓冲器级，用于最小驱动交叉导通。

该浮动通道可用于驱动从10到600V的高侧配置的N沟道功率MOSFET或IGBT。

1、引脚图：（上部视图）
2、引脚功能介绍
引脚功能介绍
1VCC电源10-20V
2IN逻辑输入
3/SD用于关断逻辑输入，低电平有效，低电平时上下管均处于关闭状态
4COM地
5LO低侧栅极驱动输出，与IN取反
6VS高侧浮动电源返回
7HO高侧栅极驱动输出，与IN相同
8VB高侧浮动电源
3、MOS管内部原理
4、时序图
当/SD为1时，HO=IN；LO取反IN，
当/SD为0时，不管IN输入什么，HO和LO都为0。

5、典型连接
其中：二极管可以选用1N5819,左侧电容可以选用10UF，右侧电容可以选用1.5uf，两个电阻可选用20R。

ir2104驱动电路原理IR2104驱动电路原理。

IR2104是一款高性能MOSFET和IGBT驱动器芯片，其内部集成了高低侧驱动器，可用于直流至直流（DC-DC）转换器、半桥和全桥逆变器、电机驱动器以及其他高频开关应用。

本文将介绍IR2104驱动电路的原理及其在电子领域中的应用。

IR2104驱动电路的原理。

IR2104采用了高低侧驱动器的设计，能够有效地控制功率器件的开关。

其内部包含了两个独立的驱动器，分别用于控制功率器件的高侧和低侧。

在工作时，高低侧驱动器通过外部电容器进行互补，以保证两个驱动器之间的互补性。

通过外部电阻和电容器的组合，可以调整IR2104的输出特性，以满足不同功率器件的驱动需求。

在使用IR2104时，需要注意以下几点原理：1. 输入信号，IR2104的输入信号为逻辑电平，可直接由微控制器或其他数字电路输出。

输入信号的频率和占空比将直接影响到功率器件的开关速度和工作效率。

2. 输出驱动，IR2104的输出驱动能力较强，可直接驱动功率MOSFET和IGBT，无需外部驱动器。

同时，IR2104的输出端还包含了反馈信号，可用于监测功率器件的工作状态。

3. 死区时间，IR2104内部集成了可调的死区时间电路，用于防止高低侧驱动器同时导通，避免功率器件出现短路故障。

通过外部电容器的调节，可以实现死区时间的精确控制。

IR2104在电子领域中的应用。

IR2104作为一款高性能的驱动器芯片，广泛应用于电子领域中的高频开关电路。

其主要应用包括但不限于以下几个方面：1. 电源转换器，IR2104可用于直流至直流（DC-DC）转换器的控制电路，实现高效率的能量转换。

其高低侧驱动器的设计，能够有效地降低功率损耗，提高系统的整体效率。

2. 逆变器，IR2104可用于半桥和全桥逆变器的驱动电路，实现直流到交流的转换。

通过精确控制开关频率和占空比，可以实现对交流电压的高效控制。

3. 电机驱动器，IR2104可用于电机驱动器的控制电路，实现对电机的高效驱动。

基于MOS管驱动芯片IR2104介绍IR2104是一款高性能、低成本的MOSFET和IGBT驱动器芯片。

它具有高速开关功能和内置保护功能，广泛应用于各种工业和汽车电子系统中。

IR2104采用了高度集成的设计，将电源、驱动电路和保护电路集成在一个小型的引脚脚位的封装中。

这种设计可以降低系统的复杂性和成本，并提高系统的可靠性和稳定性。

IR2104的主要特点包括：1.高速开关：IR2104具有高驱动电流和高驱动电压能力，能够实现快速开关和关断MOS管或IGBT。

这使得IR2104适用于高速开关应用，在开关频率较高的系统中表现出优秀的性能。

2.高性能保护功能：IR2104集成了多种保护措施，可以有效地保护MOS管或IGBT免受过电流、过温、过压和欠压等故障的损害。

这些保护功能可以大大提高系统的可靠性和稳定性。

3.低功耗设计：IR2104采用了低功耗设计，能够在工作时实现高效能力，从而降低系统的能耗。

这对于应用于电池供电系统或对能耗要求较高的系统中尤为重要。

4.宽工作电压范围：IR2104的工作电压范围广泛，可以适应各种不同的电源电压需求。

这使得IR2104可以灵活应用于不同的系统设计中。

5.强大的输出驱动能力：IR2104具有高驱动电流和高驱动电压能力，能够控制大功率MOS管或IGBT的开关。

这使得IR2104成为驱动高功率负载的理想选择，适用于各种不同的应用场景。

除了以上的特点之外，IR2104还具有其他一些优势。

例如，它具有高噪声抑制能力，可以有效地减少系统中的噪声干扰；它还具有高温稳定性，可以在高温环境下长时间稳定地工作。

总的来说，IR2104是一款功能强大、性能优越的MOSFET和IGBT驱动器芯片。

它的高速开关功能、内置保护功能和低功耗设计使它成为工业和汽车电子系统中的理想选择。

无论是在高速开关应用、大功率负载控制还是电能转换系统中，IR2104都能够以稳定、可靠的方式驱动MOS管或IGBT，并提供高质量的电源和保护功能。

栅极驱动芯片分类栅极驱动芯片是一种常见的电子元器件，它在电子设备中起到关键的作用。

栅极驱动芯片根据其工作原理和应用领域的不同，可以分为多个分类。

在本文中，将对栅极驱动芯片的几个主要分类进行介绍。

一、MOSFET驱动芯片MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）驱动芯片是栅极驱动芯片的一种重要类型。

它主要用于驱动和控制MOSFET晶体管的工作状态。

MOSFET晶体管是一种常见的功率开关，广泛应用于各种电子设备中。

MOSFET驱动芯片能够为MOSFET提供适当的电压和电流信号，确保其正常工作，并保护其免受过电流和过压等问题的影响。

二、IGBT驱动芯片IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动芯片是另一种常见的栅极驱动芯片，它主要用于控制和驱动IGBT晶体管的工作状态。

IGBT晶体管是一种高压、高电流开关设备，广泛应用于电力电子领域。

IGBT驱动芯片能够为IGBT提供适当的电压和电流信号，确保其正常工作，并保护其免受过电流和过压等问题的影响。

三、LED驱动芯片LED（发光二极管）驱动芯片是专门用于驱动LED灯的栅极驱动芯片。

LED灯是一种常见的照明设备，具有高效、长寿命和环保等优点。

LED驱动芯片能够为LED提供适当的电流和电压信号，确保其正常发光，并控制其亮度和颜色。

四、LCD驱动芯片LCD（液晶显示器）驱动芯片是专门用于驱动LCD显示器的栅极驱动芯片。

LCD显示器广泛应用于电子设备中，如手机、电视、电脑等。

LCD驱动芯片能够为LCD提供适当的电压和电流信号，确保其正常显示，并控制其亮度、对比度和色彩等参数。

五、触摸屏驱动芯片触摸屏驱动芯片是专门用于驱动触摸屏的栅极驱动芯片。

触摸屏技术已经成为现代电子设备的重要组成部分，如手机、平板电脑等。

触摸屏驱动芯片能够感应和处理用户触摸输入，并将其转换为相应的电信号，实现对电子设备的操作和控制。

总结：栅极驱动芯片是电子设备中不可或缺的重要组成部分，根据其应用领域和工作原理的不同，可以分为多个分类，如MOSFET驱动芯片、IGBT驱动芯片、LED驱动芯片、LCD驱动芯片和触摸屏驱动芯片等。

四种典型的全控型器件班级学号：********* 姓名：***日期：2013.10.3四种典型的全控型器件全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件，又称为自关断器件。

四种典型全控型器件：只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。

自70年代中期开始，GTO的研制取得突破，相继出世了1300V/600A、2500V/1000A、4500V/2400A的产品，目前已达9kV/25kA/800Hz及6Hz/6kA/1kHz的水平。

(2)大功率晶体管（GTR）GTR是一种电流控制的双极双结电力电子器件，产生于本世纪70年代，其门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor—GTO），电力晶体管（Giant Transistor-GTO），电力场效应晶体管（Power MOSFET），绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）。

容量比较：（1）1964年，美国第一次试制成功了500V/10A的GTO。

在此后的近10年内，GTO的容量一直停留在较小水平，额定值已达1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。

(3)功率MOSFET目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz和60V/200A/2MHz。

(4)绝缘门极双极型晶体管（IGBT）IGBT是由美国GE公司和RCA公司于1983年首先研制的，当时容量仅500V/20A，且存在一些技术问题。

目前，其研制水平已达4500V/1000A。

开关频率：GTO的延迟时间一般为1～2us;下降时间一般小于2us。

GTR的开关时间一般在几微秒以内，比晶闸管短很多，也短于GTO。

MOSFET的开关时间一般在10--100ns之间。

IGBT的开关时间要低于电力MOSFET。

驱动方式和驱动功率：GTO：电流驱动型，驱动功率大。