英飞凌的IGBT驱动芯片介绍
英飞凌采用TO-247PLUS封装的高功率密度单管IGBT
５ ０ ｐ ｐ ｍ。这些技术创新使 Ｉ Ｎ ２ ０ ０ ０ 一 Ｓ在更宽的温度范围内实现
极高 的线 性度 （ ３ ｐ ｐ ｍ） 和极低 的零 点误 差 （ 低于 ｌ Ｏ ｐ ｐ ｍ） 。Ｉ Ｎ
２ ０ ０ ０ 一 Ｓ提供 了 一 个 ２ ０ ０匝 的 测 试 绕 组 ，可 用 ｌ Ａ的 电 流 进 行 功
助 输 出信 号来指示传 感器状 态 （ 低 电平或高 电平 ） ，并且带 有 Ｌ Ｅ Ｄ指示 灯来显 示传 感器 的正 常运 行状 态。其 他同 等测量 水
平 的 高 精 度 传 感 器 通 常 由 ２部 分 构 成 ：测 量 探 头 和 电 子 处 理 电路 ， 而 ｌ Ｎ ２ ０ ０ ０ 一 Ｓ则 将 二 者 集 成 为 一 个 整 体 ，设 计 紧 凑 ， 采 用盘 式安装 （ 平装或垂直 ） 。 该传 感器 通 过 了 Ｃ Ｅ认 证 ，享 受 莱 姆 五 年 质 保 服 务。 ｊ
老款 ２ ０ ０ ０ Ａ的高精 度传 感器 ，温 度范 围一 般 为 ＋ １ ０ 。 Ｃ 到 ＋ ４ ０ 。 Ｃ或 ＋ ５ ０ 。 Ｃ ，】 Ｎ ２ ０ ０ ０ 一 Ｓ将 工 作温 度 范 围 扩 展 到 一 ４ ０ 。 Ｃ到 ＋ ８ ５ 。 Ｃ，使 其可 以用 于除实验室 以外的更多的 领域，包括传 统 的工业 测试设 备、医疗 设备 （ 如 ＭＲ Ｉ 、质 子疗 法等 ） 、 精密 电
而 提高散热能力。
对 于 想 要 降低 开 关 损 耗 的设 计 师 而 言 ，Ｔ Ｏ一 ２ ４ ７ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ ４脚
需要高功率密度 １ ２ ０ ０ Ｖ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的典型应用包括变频器、光伏逆变
封 装具有额外的开尔文发射极 引脚 ，可 降低 栅极 一发射极控制
英飞凌的IGBT驱动芯片介绍
(To be Provided by 1ED020I12-S)
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1ED020I12-F Features
Undervoltage lockout 5V CMOS compatible LV I/Os Fault feedback Inverting/non-inverting IN Enable/Shutdown function Negative drive Active Miller Clamp IGBT Desaturation detection Rail-to-rail +/-2A output
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6ED003L06-F: 内部功能框架图
600V/0.3A 电平转换 CMOS/LSTTL 输入 低电平输入逻辑 EN, RCIN & ITrip 报警信号输出 互锁功能,欠压封锁
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6ED003L06-F
典型应用: 小功率的工业和家电驱动
自举电路
UP TO 600V
VCC HIN1,2,3 LIN1,2,3 FAULT
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2ED020I12-FI: CLT-无磁芯变压器技术 CLT: 无磁芯变压器
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2ED020I12-FI: CLT-无磁芯变压器技术
目前的驱动技术:
LED 光偶
成本高
电平转换器
屏蔽
随着使用寿命的增加 可靠性下降
需要额外的器件才能达 到所需的绝缘 水平
新的解决方案替代集成驱动器: 分立的磁性变压器
输出电 流检测
单片机
隔离屏障
人机接 口界面
电平移位技术实现上下桥臂的电位隔离，但不提供输入与输出之间的电气隔离。 电平移位技术实现上下桥臂的电位隔离，但不提供输入与输出之间的电气隔离。10 Page
英飞凌推出第三代高速IGBT系列
展 讯通信 近 日发 布 了截 至 ３月 ３ １１ ２ １ ３的 ００财
电源电压和电流的集成解决方案 Ａ ８０ 。 Ｓ０ ２ 这一单芯 年第一季度财报。 报告显示 ， 展讯通信第一季度总营
收为 ５ １ ２０万美 元 ， 比增 长 ５４ 比上 一 季 度 增 同 ３ ％， 长 ２％ ； 利 润 为 ６０万 美 元 ， 年 同期 净 亏 损 为 ３ 净 ６ 去
加 快 了 Ｔ — Ｔ 的 产 业 化 进 程 。 中 兴 通 讯 在 Ｄ ＬＥ
Ｔ —Ｔ Ｄ Ｌ Ｅ全 面商业 化 应用 的道 路上 又 向前 迈 出 了坚
实一 步 。
的基本组件极为关键。这些组件同时也为了低耗电 而设计 ， 如此可优化能源效率并维持长期可靠度。
奥地 利微 电子 公 司
器件 ， 总关断损耗降低 ３ ％。关断损耗 的大幅降低 ５
主要 源 自于极短 的拖尾 电流 时 间。拖尾 电流 时 间缩
凌 力尔 特 推 出 １ Ａ
非 常低压 差线性稳压器
凌 力 尔特公 司推 出 １ Ａ非 常低 压差 线性 稳 压器
短 ７％， ５ 并表现出类似 Ｍ Ｓ Ｅ Ｏ Ｆ Ｔ的关断开关行为。
在上海 中兴通讯 Ｔ — Ｔ Ｄ Ｌ Ｅ外场 ， 双方又成功完成 了 基于多 Ｔ — Ｔ Ｄ Ｌ Ｅ数据卡的外场互操作测试。创毅视
讯 公 司提供 了多 个 Ｔ — Ｔ Ｄ Ｌ Ｅ数 据 卡实现 同时接人 服
和 ＭＭＧ ０７ 正式 涉 足砷化 镓市 场 。这些 组 件可 ２２ １ Ｈ， 运用在 无线 网络 的 巨型基地 台 、中继 器和超 威 型基
地 台。
务小 区， 支持同时发起流媒体和 ｒ Ｐ下载等业务。 ｒ
中兴通讯 高 级副 总裁赵 先 明表示 ：这是 业界 首 次使 用数 据卡 完成 Ｔ — Ｔ Ｄ Ｌ Ｅ多用 户 接人 测试 ，大 幅
英飞凌芯片简史-IGBT看这一篇就够了
IGBT 1234567，看这一篇就够了话说公元2018年，IGBT江湖惊现第六代和第七代的掌门人，一时风头无两，各路吃瓜群众纷纷猜测二位英雄的出身来历。
不禁有好事者梳理了一下英家这些年，独领风骚的数代当家掌门人，分别是：呃，好像分不清这都谁是谁?呃，虽然这些IGBT“掌门人”表面看起来都一样，但都是闷骚型的。
只能脱了衣服，做个“芯”脏手术。
像这样，在芯片上，横着切一刀看看。
好像，有点不一样了。
故事，就从这儿说起吧。
史前时代-PTPT是最初代的IGBT，它使用重掺杂的P+衬底作为起始层，在此之上依次生长N+ buffer，N- base外延，最后在外延层表面形成元胞结构。
它因为截止时电场贯穿整个N-base区而得名。
它工艺复杂，成本高，而且需要载流子寿命控制，饱和压降呈负温度系数，不利于并联，虽然在上世纪80年代一度呼风唤雨，但在80年代后期逐渐被NPT取代，目前已归隐江湖，不问世事，英飞凌目前所有的IGBT 产品均不使用PT技术。
初代盟主——IGBT2特征：平面栅，非穿通结构(NPT)NPT-IGBT于1987年出山，很快在90年代成为江湖霸主。
NPT与PT不同在于，它使用低掺杂的N-衬底作为起始层，先在N-漂移区的正面做成MOS结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要的厚度，再从背面用离子注入工艺形成P+ collector。
在截止时电场没有贯穿N-漂移区，因此称为“非穿通”型IGBT。
NPT不需要载流子寿命控制，但它的缺点在于，如果需要更高的电压阻断能力，势必需要电阻率更高且更厚的N-漂移层，这意味着饱和导通电压Vce(sat)也会随之上升，从而大幅增加器件的损耗与温升。
技能：低饱和压降，正温度系数，125℃工作结温，高鲁棒性因为N-漂移区厚度大大降低了，因此Vce(sat)相比PT大大减少。
正温度系数，利于并联。
名号：DLC，KF2C，S4…等等，好像混进了什么奇怪的东西！没写错！S4真的不是IGBT4，它是根正苗红的IGBT2，适用于高频开关应用，硬开关工作频率可达40kHz。
谈英飞凌1ED020I12在IGBT驱动电路中的应用
会 消 除 一些 高 频 脉 冲 干 扰 ，起 到滤 波 的作 用 。输
入部 分 可 直接 与 Ｄ Ｐ ０引脚 （ＭＯ 结 构１接 口 ， Ｓ 的１ Ｃ Ｓ
方便 用户 进行 接 口设计 。 １ Ｄ ２ １２ Ｅ ０ ０ １ 的输 出采用 推挽 方 式 。内部 采 用 的 器 件 为ＭＯ Ｆ Ｔ Ｓ Ｅ 。ＭＯ Ｆ Ｔ 压 降很 低 ，所 以最 大 ＳＥ 管
１ １ Ｄ ２ １２ 内部 特 性 Ｅ ０ ０１ 的
１１ 磁 隔离技 术 ．
１ Ｄ ２ １２ 仅可 以驱 动Ｉ Ｂ ，而且 可 以驱 动 Ｅ Ｃ ０ １￣ ＧＴ
收 稿 日期 ：０ ｌ ０ — ６ ２ １－ ９ ２
１ Ｄ ２ １２ Ｅ ０ ０ １ 的输 入模 式 可分 两 种 ，一种 为 正 向 输 入 即高 电平 有 效 ，这 时需 要 把 １ 脚 （ ）接低 １ Ｉ Ｎ一
《《《电 于 兀 件 及 应 用
（ Ｍ
ｍ
、 （ 一 一 、
Байду номын сангаас
图１ １ ０ ０１ ＥＤ ２ Ｉ２内 部 框 图
电平 。 另一 种 为 反 向输 入 即低 电平 有 效 ，这 时需
２２ 米 勒箝位 功能 ．
要 把 第 １ 脚 ｆ ）接 高 电平 。在 电平 信 号输 入 的 ０ Ｉ Ｎ＋
１ ． 看 门 狗 功 能 ３
出 、隔离 的集 电极 开 路故 障反馈 、有源 米 勒箝 位 、
过 流 箝 位 等 功 能 。 本 文 从 应 用 者 的 角 度 介 绍 了
１ Ｄ ２ １２ Ｅ ０ ０ １ 的基 本原 理 和功 能特 性 ，并 利用 该 芯 片
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域IGBT芯片技术及其发展：功率半导体在整个电能供应链中扮演重要角色。
如何提高功率密度是功率器件发展的主题：芯片技术和功率密度：芯片技术的发展趋势——以600/650V 为例600V IGBT 新的里程碑——HighSpeed3：器件型号芯片技术Ic [A]@100°C 大小[mm2]SPW47N60C3 CoolmosTM C3 30 69.3 IKW30T60 TRENCHSTOPTM 30 15.2 IGW40N60H3 High Speed 3 40 19.3HighSpeed3 特性芯片面积只有CoolMOS的28%功率密度高芯片和模块成本低在高温在拖尾电流也很小关断特性接近于CoolMOS，Eoff是IGBT3的40%,是CoolMOS的120%平滑的开关波形，振荡很有限TRENCHSTOP™5 - 25°C Trade-off 曲线Vce(sat) 对Eoff：与英飞凌的Best-in-class Highspeed3 比, TRENCHSTOPTM5 : >60% 低的开关损耗10% 低的导通损耗TRENCHSTOP™5开关特性–接近MOSFET的开关特性，消除拖尾电流。
TRENCHSTOP™5 –应用目标，填补IGBT与MOSFET之间的中到高频开关应用650V TRENCHSTOP™5，产品家族。
F5：超高性能版本需要超低寄生电感设计开关频率：~120kHzH5：逆导型IGBT用于软开关，如准谐振感应加热R5：逆导型IGBT用于软开关，如准谐振感应加热L5：低饱和压降目标：Vcesat =1V @ Inom, 25°C600V/650V 芯片技术的发展：发展背景：•600V 主要应用220V 马达驱动,电源，以小功率为主。
•电动汽车，太阳能等新兴应用功率大，追求高效率，对芯片技术有新的要求IGBT2---IGBT3di/dt 降低25%.过电压减小25%更短的拖尾电流关断损耗在同一水平短路时间6us600V---650Vdi/dt 进一步降低关断损耗增加短路时间10us耐压增加50V电压余量增加180V芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾：芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾：IGBT4 P4 的软特性：2400A-模块的关断特性at Tvj=25°C , Ic= 0,5 Inom (Rg=0,3Ohm,没有有源嵌位) IGBT 3 E3 在测试条件下, 300V 直流电压下就开始振荡。
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。
随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995）西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。
生产时间是 1990 年－ 1995 年。
西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。
如 BSM150GB120DN1。
图 1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。
由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。
英飞凌第三代IGBT模块开关特性
英飞凌第三代IGBT模块开关特性1. 英飞凌第三代IGBT模块芯片技术IGBT 芯片(IGBT3) 具有沟槽结构，并通过在传统的NPT-IGBT的衬底和集电区之间加入一个n型掺杂附加层，这个附加层被称为电场终止（fieldstop），这样结合了PT 和NPT 技术的优势。
关于IGBT构造及IGBT工作原理可参阅IGBT构造与工作原理一文。
图1.1. 芯片技术该技术可使静态和动态损耗减至最小，加上IGBT3 具有更高电流密度，它还可扩展系列产品的功率范围。
2. 开关特性2.1. 开关特性在开通过程中，电压上升率(-dv/dt) 和电流上升率(di/dt) 可以通过更变栅极电阻进行控制，这一特性在使用第二代IGBT时已很熟悉了。
两种开关瞬态过程均随着栅极电阻的增加而变长。
图2.1.1 标称栅极电阻下（数据手册中规定的最小栅极电阻）的开启过程VCE = 1200V (dv/dt=0.9kV/μs)IC = 1200A (di/dt=6.4kA/μs)VGE = ±15V (ICpeak = 2.4kA)Eon = 816mWs图2.1.2 低值栅极电阻下（比数据手册中规定的最小栅极电阻小）的开启过程（不推荐）VCE = 1200V (dv/dt=1.4kV/μs)IC = 1200A (di/dt=8.7kA/μs)VGE = ±15V (ICpeak = 2.7kA)Eon = 544mWs图2.1.3 大栅极电阻下（比数据手册中规定的最大栅极电阻）的开启过程VCE = 1200V (dv/dt=0.3kV/μs)IC = 1200A (di/dt=3kA/μs)VGE = ±15V (ICpeak = 1.81kA)Eon = 2558mWs2.2 关断特性图2.2.3 用标称栅极电阻的1700V IGBT3 的关断响应。
显示VGE、IC 和VCE。
关断过程从栅极电压的t1 点开始。
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EiceDriver
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Isoaltion Definitions
Functional Insulation:
VDE 0884-10 Approved UL1577 Pending
Insulation between conductive parts which is necessary only for the proper functioning of the equipment. Basic Insulation: Insulation applied to live parts to provide basic protection against electric shock. Supplementary Insulation: Independent insulation applied in addition to basic insulation, in order to provide protection against shock in the event of a failure of basic insulation. Double Insulation: Insulation comprising both basic insulation and supplementary insulation. Reinforced Insulation: A single Insulation applied to live parts, which provides a degree of protection against electric shock equivalent to double insulation
基于 CLT 技术 1200V, +1A/-2A 半桥驱动器 SO-18-2 SMD 封装 (符合RoHS标准) VCC / VSH: 14V-18V 欠压锁定（UVLO）: 典型值 11V (欠压清除电 平典型值12V) PWM 输入： 高电平有效, 兼容3.3V/5V TTL逻 辑 输入互锁功能 关断(SD)输入 通用运算放大器和比较器 VGNDH: 最大可达 ±1200V! 传输延迟典型值85ns， 上下管传输延迟相差 ±25ns 符合并通过IEC61000-4-4标准等级4
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EiceDRIVERTM器件型号定义
EiceDRIVER™ 1 ED 020 I 12 – F
绝缘等级 F = 功能性隔离 S = 安全隔离 ST = 安全隔离/机车拖动应用 电压等级 06 = 600V 12 = 1200V 17 = 1700V
驱动器类型 C = PCB电路板 I = IC (无核变压器技术) L = IC (电平转换技术) 峰值输出电流 003 = 300mA 020 = 2A 功能 ED = IGBT/MOSFET驱动器 驱动器通道数 1 = 单管驱动器 2 = 半桥驱动器 6 = 三相全桥驱动器
(To be Provided by 1ED020I12-S)
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1ED020I12-F Features
Undervoltage lockout 5V CMOS compatible LV I/Os Fault feedback Inverting/non-inverting IN Enable/Shutdown function Negative drive Active Miller Clamp IGBT Desaturation detection Rail-to-rail +/-2A output
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2ED020I12-FI: CLT-无磁芯变压器技术
CLT 技术 优点
IC Transmitter
IC Receiver
安全隔离 极快的信号传输速度 非常短的延迟匹配时间 性能不随寿命增加而降低 增加可靠性 长寿命 高温度工作范围 低功耗
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2ED020I12-FI: 内部功能框架图
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Infineon‘s Latest Release
EiceDriver™ - 1ED020I12-F
Single Channel Gate Driver IC Galvanic Isolation Coreless Transformer Technology Driving IGBT/MOSFET up to 100A (1200V)
Gate Driver IC with integrated Galvanic Isolation!
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Typical Inverter System
Isolation Barrier (Functional)
Isolation Barrier (Reinforced)
1ED020I12-F provides Basic Isolation 1ED020I12-F provides Basic Isolation
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6ED003L06-F: 内部功能框架图
600V/0.3A 电平转换 CMOS/LSTTL 输入 低电平输入逻辑 EN, RCIN & ITrip 报警信号输出 互锁功能L06-F
典型应用: 小功率的工业和家电驱动
自举电路
UP TO 600V
VCC HIN1,2,3 LIN1,2,3 FAULT
英飞凌IGBT驱动IC
6ED003L06-F 2ED020I12-FI 1ED020I12-F
驱动器的基本概念
门极驱动：输出足够大的瞬时推/挽电流，足够快地对IGBT门极电容（及米勒电容）充/放 电，以足够快地开通/关断IGBT。 电位隔离下的信号传输： 1）把控制器产生的低电位信号传输到高电位电路； 2）把控制器产生的共地信号传输到非共地电路（如：半桥中两个IGBT的门极）。 耐压能力：能承受IGBT的工作电压（如直流母线电压） 驱动IC的通道数：能驱动的IGBT的数目 耐dv/dt能力 保护功能：短路、欠压，直通互锁等
电位隔离
单片机
绝缘屏障
人机接口界面
加强绝缘
2ED用一个CLT实现上下桥臂的电位隔离，但其输入与输出之间未用CLT作电气隔离。 2ED用一个CLT实现上下桥臂的电位隔离，但其输入与输出之间未用CLT作电气隔离。Page 20
2ED020I12-FI: 应用领域
应用领域
高频开关电源 应急电源 太阳能电源 工业电磁炉 小功率工业驱动 医疗设备
输出电 流检测
单片机
隔离屏障
人机接 口界面
电平移位技术实现上下桥臂的电位隔离，但不提供输入与输出之间的电气隔离。 电平移位技术实现上下桥臂的电位隔离，但不提供输入与输出之间的电气隔离。10 Page
6ED003L06-F: 系统解决方案
PWM 信号
直流母线（正）
单片机
600V IGBT 分 立元件 2A – 20A IU
电容设定故障消隐 时间
EN
VCC HIN1,2,3 VB1,2,3 LIN1,2,3 HO1,2,3 FAULT VS1,2,3 EN 欠压锁定 RRCIN
TO LOAD
外接NTC用于过温 (OT)保护
RCIN ITRIP VSS
LO1,2,3 COM
RNTC
GND
外接取样电阻作短路/过流保护
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电网输入
模拟输入
A/D 转换器
输入整流桥
IV
600V SOI IGBT 驱动器 6ED003L06-F 集电极开路的 电流信号
IW
直流母线（负）
或者600V IGBT 模块 8A – 20A
功率输出
英飞凌 IGBT + 英飞凌 IGBT驱动器 +英飞凌 单片机 英飞凌 IGBT + 英飞凌 IGBT驱动器 +英飞凌 单片机
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2ED020I12-FI: 典型应用
PWM_H PWM_L
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2ED020I12-FI系统隔离要求
典型变频应用 @ Pout 1KW – 10KW
输入线电压
变换器件
逆变器
Motor
................... AC DC ................... 输出相电 流检测
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6ED003L06-F
基于薄膜SOI 技术 600V/0.3A 三相全桥IGBT驱动器 三通道的电平转换 SO-28 SMD 封装 (符合RoHS标准) VCC/VBS工作电源: 13V-17.5V UVLO（欠压锁定）:典型值10.3V (欠压清除电平典型 值12V) PWM 输入: 低电平有效, 兼容3.3V/5V的 TTL逻辑 输入信号互锁功能 使能和 ITrip输入 报警（故障）信号输出（OC门） 可编程故障恢复时间 电流源为RCIN电容充电 在管脚以及逻辑功能上和 IR2136S完全兼容 能承受瞬间负电压冲击达-50V!
Very low propagation delay (typ 200ns) Very low propagation delay (typ 200ns)
Tj(max) SO-16 package Higher reliability Lower losses Higher Performance Higher compatibility - 150 °C – compact – no ageing – low power consumption – high speed, no temperature drift – 5V CMOS inputs
EiceDRIVER™ 2 ED 020 I 12 – F I
绿色 / 增强版本 I = 有自锁功能 C = 无自锁功能 绝缘等级 F = 功能性隔离 S = 安全隔离 ST = 安全隔离/机车拖动应用 电压等级 06 = 600V 12 = 1200V 17 = 1700V