【应用】5KVrms隔离栅极驱动器Si8285、Si8286，助力IGBT电路设计

时间： 2016-11-27 来源：世强作者：honglei

技术问答

Si8285/Si8286 ISOdriver隔离栅极驱动器为宽体SO-16封装，采用SILICON LABS备受肯定的CMOS隔离技术，能够在整个工业温度范围内工作，支持长达100年的产品使用寿命，满足严格的UL、VDE、CQC和CSA标准。其输出驱动电流为4A，工业级的安全隔离电压高达5kVrms，通过AEC-Q100汽车级认证。主要特性集成包括：分离输出、软关断、米勒钳位（Miller clamp）防止寄生性栅极导通、故障反馈、可选的DC-DC转换器、业内最快的去饱和检测、良好的定时特性以及卓越的噪声和瞬变抑制能力。

Si8285/Si8286隔离栅极驱动器产品特性
• 工业级隔离等级：高瞬变抑制能力、高可靠性、5kVrms

• 隔离型栅极驱动器市场中最齐全的特性集成度

• 可选的集成DC-DC转换器简化电路板布局布线和驱动器电源设计

• 业内最快的去饱和检测：可比竞争对手产品快达10倍

• 最快、最精确的定时特性，低传输延迟（<55ns）：优于光耦解决方案达10倍，并且比竞争对手的CMOS解决方案好2倍

• 高压条件下保持长使用寿命（1000V条件下100年）

Si8285/Si8286隔离栅极驱动器pin脚分布及pin脚定义如下图一所示。

图1：Si8285/Si8286 隔离栅极驱动器pin脚分布及pin脚定义

Si8285/Si8286隔离栅极驱动器建议应用电路如下图二所示。

图2：Si8285/Si8286隔离栅极驱动器建议应用电路

通过Si8285/Si8286隔离栅极驱动器的应用电路，不难看出两者驱动IGBT的方式几乎是一样的，所不同的是副边输出，SI8285有两个输出端VH（pin13）、VL（pin12）通过限流电阻接IGBT栅极，而SI8286只有一个输出端Vo（pin11）。那么SI8285/SI8286驱动IGBT的方式有何特点呢？请看如下说明。

IGBT驱动
IGBT的热耗高一直是困扰工程师的重要难题，一般只选择对IGBT涂导热硅脂加强散热功能。本文现介绍的Si8285/Si8286栅极驱动容耦通过卓越的产品特性，也可以降低IGBT的热耗。

Si8285/Si8286栅极驱动容耦能够提供4A输出电流峰值电流，不用搭配分立的NPN/PNP双极性缓冲器做电流放大，即可直接驱动大电流的IGBT，可实现对IGBT的门极进行快速充电或者放电，达到减小IGBT的开关损耗，进而降低IGBT发热损耗，提升产品整体性能。当然，如果想驱动小电流IGBT，可调整Si8285/Si8286副边驱动端输出（VH/VL、Vo）接限流电阻Rg值得大小来实现。

IGBT保护
DESAT去饱和检测：当Si8285/Si8286副边驱动输出（VH、Vo）高电平时，内部电流源（ICHG）开始工作，这个内部电流源通过DSAT pin向外部C_BL电容器充电。而DSAT pin电压通过一个内部迟滞比较器被监控，同时DSAT pin通过外部二极管D_DSAT和小电阻R_DSAT连接到IGBT的集电极上，DSAT pin上的电压几乎等同于IGBT集电极上的电压。当外部短路发生大电流流过IGBT时，IGBT由饱和导通进入到DESAT工作模式。这样IGBT的VCE电压很快从2V上升很高。一旦超出Si8285/Si8286的内部阈值电压7V，短路故障信号（Fault Signal）输出，同时触发软关断功能。

Miller Clamp：假如IGBT下桥臂关闭，上桥臂打开时（反之一样），在IGBT下桥臂关断瞬间会产生的瞬态高DV/DT尖峰脉冲，出现上下桥臂全部导通，产生的瞬时过电流会造成上下桥臂的IGBT炸管或烧毁，为避免此问题出现，Si8285/Si8286设计有源米勒钳位功能，通过IGBT栅极和集电极间寄生电容C_CG及Si8285/Si8286副边VH pin、外部RH及内部PMOS源极电阻RSS、内部NMOS（可参考图四Miller钳位保护电路）对IGBT门极电荷进行放电来达到软关断效果。直至最后退饱和工作完成，故障通过FLT pin隔离输出，反馈给MCU。其中DESAT检测电路和Miller钳位保护电路请参考如下图三和图四。

图3：DESAT检测电路（即去饱和检测电路）

图4：Miller钳位保护电路

总结
当您还在为高成本的光耦而烦恼时，Si8285/Si8286 ISOdriver隔离栅极驱动器是一个非常好的选择，其更是使门极驱动设计多了一个选择。不但有助于减少设计周期时间，由于其集成短路保护和反馈电路，门极驱动设计也得到简化，同时节省PCB空间和成本。

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小旋风 Lv7. 资深专家 2017-11-24

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数据手册 - SILICON LABS - 2016年03月03日 PDF 英文下载