EiceDRIVER? Power 2EP1xxR：全橋變壓器驅(qū)動家族的卓越之選

在電子工程領(lǐng)域，對于IGBT和SiC MOSFET等開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電源設(shè)計，一直是追求高效、穩(wěn)定和安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入探討英飛凌（Infineon）的EiceDRIVER? Power 2EP1xxR全橋變壓器驅(qū)動家族，看看它是如何在這個領(lǐng)域大放異彩的。

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產(chǎn)品概述

2EP1xxR是一個全橋變壓器驅(qū)動家族，為開環(huán)隔離電源提供高達(dá)13W的輸出功率。它專為多種開關(guān)器件的柵極驅(qū)動器供電而優(yōu)化，像TRENCHSTOP? IGBT、OptiMOS? MOSFET、CoolMOS?超結(jié)MOSFET、CoolGaN?高電子遷移率晶體管以及CoolSiC? MOSFET等，都能與之完美適配。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 寬輸入電源范圍：支持4.5V至20V的輸入電壓，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，大大提高了其適用性。
2. 高輸出功率：能夠支持高達(dá)5W的輸出電源，滿足了許多中功率應(yīng)用的需求。
3. 寬頻率范圍：內(nèi)部振蕩器或外部時鐘可實(shí)現(xiàn)50kHz至695kHz的寬頻率范圍，為不同的應(yīng)用場景提供了更多的選擇。
4. 精確的占空比調(diào)整：占空比可在10%至50%之間進(jìn)行高精度調(diào)整，這對于需要精確控制輸出電壓的應(yīng)用至關(guān)重要。
5. 多重保護(hù)功能：具備可調(diào)節(jié)的過流閾值、輸出短路保護(hù)、過溫保護(hù)等功能，有效保障了設(shè)備的安全運(yùn)行。
6. 小巧封裝：采用PG - TSSOP - 8 - 1熱增強(qiáng)型封裝，引腳間距僅0.65mm，節(jié)省了寶貴的電路板空間。

潛在應(yīng)用領(lǐng)域

該系列產(chǎn)品的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了工業(yè)電機(jī)驅(qū)動、太陽能逆變器、UPS和儲能系統(tǒng)、焊接設(shè)備、商用空調(diào)、高壓DC - DC轉(zhuǎn)換器和DC - AC逆變器、隔離式開關(guān)電源以及功率計等多個領(lǐng)域。

產(chǎn)品功能詳解

輸出級設(shè)計

2EP1xxR家族采用低歐姆、集成式、軌到軌全橋功率級，具有快速的壓擺率。這種設(shè)計使得變壓器驅(qū)動器能夠在高開關(guān)速度下實(shí)現(xiàn)高效切換，為后續(xù)的電源轉(zhuǎn)換提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

監(jiān)控與保護(hù)功能

為了確保設(shè)備在應(yīng)用和自身層面的安全運(yùn)行，2EP1xxR家族配備了一系列監(jiān)控和保護(hù)特性：

1. UVLO保護(hù)：確保設(shè)備在UVLO閾值以上正常運(yùn)行，防止在閾值以下出現(xiàn)錯誤操作。
2. 過流保護(hù)：采用平均過流保護(hù)機(jī)制，當(dāng)設(shè)備輸出電流超過專用過流閾值一定時間時，觸發(fā)關(guān)斷操作。不同的產(chǎn)品型號具有不同的過流閾值設(shè)置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
3. 短路保護(hù)：通過固定但經(jīng)過濾波的短路保護(hù)（峰值電流保護(hù)），防止輸出端出現(xiàn)焊錫飛濺或其他低歐姆短路情況。
4. 過溫保護(hù)：在高溫環(huán)境或散熱不足的情況下，觸發(fā)IC關(guān)斷，保護(hù)IC免受超過最大額定值的熱應(yīng)力影響。
5. 外部電阻范圍檢測：2EP110R和2EP130R的外部電阻輸入引腳具有范圍檢測電路，確保只有當(dāng)電阻值在指定范圍內(nèi)時，變壓器驅(qū)動器才會啟動。
6. 就緒輸出（RDY）：高電平有效，用于指示設(shè)備正常運(yùn)行和輸出切換狀態(tài)。

頻率和占空比設(shè)置

2EP1xxR家族提供了多種方式來調(diào)整開關(guān)頻率和占空比：

1. 頻率設(shè)置：
   • 引腳綁定：適用于2EP100R、2EP101R和2EP110R，通過將FREQ引腳連接到GND或浮空/連接到大于3V的電壓，選擇不同的開關(guān)頻率。
   • 電阻調(diào)整：2EP130R可通過將FREQ/BYP引腳連接到GND的電阻，從41個離散的開關(guān)頻率中進(jìn)行選擇。
   • 旁路模式：僅2EP130R支持，外部PWM信號可繞過內(nèi)部振蕩器，直接調(diào)制到輸出級，支持50kHz至695kHz的頻率范圍。
2. 占空比設(shè)置：
   • 引腳綁定：2EP100R和2EP101R可通過將DC引腳連接到GND或浮空/連接到大于3V的電壓，選擇不同的占空比。
   • 電阻設(shè)置：2EP110R和2EP130R可通過將DC引腳連接到GND的電阻，在10%至50%的范圍內(nèi)選擇占空比。
   • 旁路模式：2EP130R在旁路模式下支持10%至50%的占空比范圍。

工作狀態(tài)分析

2EP1xxR變壓器驅(qū)動IC具有多種工作狀態(tài)，包括關(guān)斷狀態(tài)、讀取配置狀態(tài)、同步狀態(tài)（僅旁路模式）、自測試狀態(tài)、預(yù)充電狀態(tài)、軟啟動狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和等待狀態(tài)。每個狀態(tài)都有其特定的功能和作用，確保設(shè)備在不同的情況下都能穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。

電氣特性與參數(shù)

絕對最大額定值

了解產(chǎn)品的絕對最大額定值對于正確使用和保護(hù)設(shè)備至關(guān)重要。2EP1xxR系列產(chǎn)品在電源電壓、輸出電壓、結(jié)溫、存儲溫度等方面都有明確的限制，超過這些限制可能會導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。

熱特性

熱特性參數(shù)如熱阻等，對于評估設(shè)備在不同散熱條件下的性能非常關(guān)鍵。2EP1xxR采用PG - TSSOP - 8封裝，具有一定的功率耗散能力，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需根據(jù)具體情況進(jìn)行散熱設(shè)計。

工作參數(shù)

工作參數(shù)包括工作電源電壓、邏輯輸入電壓、最小導(dǎo)通時間、開關(guān)頻率和環(huán)境溫度等。這些參數(shù)限定了設(shè)備正常工作的范圍，設(shè)計時需要確保滿足這些條件。

電氣特性細(xì)節(jié)

電氣特性涵蓋了電源、邏輯輸入和輸出、調(diào)整和保護(hù)以及輸出功率級等多個方面。例如，電源的UVLO閾值、VDD電源電流，邏輯輸入和輸出的電壓閾值、濾波時間，調(diào)整和保護(hù)方面的過流閾值、占空比精度，以及輸出功率級的輸出電阻、上升和下降時間等。這些特性直接影響著設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。

應(yīng)用案例分析

電壓倍增器拓?fù)鋺?yīng)用

在使用電壓倍增器拓?fù)鋾r，2EP1xxR的配置占空比需要設(shè)置為50%。通過全橋變壓器驅(qū)動將輸入電壓斬波，經(jīng)過變壓器變換和整流，可得到正、負(fù)輸出電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮變壓器的飽和問題以及二極管的正向電壓等因素，以確保輸出電壓的準(zhǔn)確性。

峰值整流拓?fù)鋺?yīng)用

采用峰值整流拓?fù)鋾r，輸出電壓的比例由占空比決定。系列電容在其中起到了關(guān)鍵作用，它能根據(jù)占空比產(chǎn)生偏移電壓，將對稱的峰值電壓轉(zhuǎn)換為不對稱的峰值電壓。在設(shè)計過程中，需要合理選擇開關(guān)頻率，以平衡效率、輸出電壓變化等多個因素。

負(fù)載行為分析

對于開環(huán)轉(zhuǎn)換器，輕載輸出電壓增加和負(fù)載下隔離輸出電壓下降是需要關(guān)注的問題。輕載輸出電壓增加主要由開關(guān)頻率、變壓器漏感和整流二極管電容等因素引起；而負(fù)載下輸出電壓下降則與輸入 - 輸出回路中的電阻和變壓器漏感有關(guān)。在設(shè)計時，需要采取相應(yīng)的措施來減小這些影響，如降低變壓器漏感、使用低電容二極管等。

軟啟動功能應(yīng)用

在啟動時，為了限制充電電流，2EP1xxR采用了峰值電流模式控制方案，并在軟啟動期間增加開關(guān)頻率。這一功能能夠有效利用變壓器的漏感和回路電阻，實(shí)現(xiàn)充電電流的限制和電荷平衡，確保輸出電壓的穩(wěn)定上升。

組件選型與設(shè)計

在使用峰值整流拓?fù)鋾r，對于電容、變壓器和整流二極管等組件的選型和設(shè)計非常重要：

1. 電容：需要根據(jù)輸出電流、占空比和變壓器變比等因素，估算不同位置電容的紋波電流，并根據(jù)紋波電流和電壓紋波要求，計算電容的容量。
2. 變壓器：要考慮電壓×?xí)r間乘積、主電感、漏感、繞組電阻、繞組比和耦合電容等參數(shù)。這些參數(shù)相互影響，需要在設(shè)計時進(jìn)行綜合考慮，以滿足性能和EMI等方面的要求。
3. 整流二極管：要根據(jù)重復(fù)峰值反向電壓、重復(fù)峰值正向電流、平均正向電流、正向電壓降、反向電流、電容和反向恢復(fù)電荷等參數(shù)進(jìn)行選型，確保二極管能夠在各種工作條件下穩(wěn)定工作。

實(shí)際應(yīng)用案例

文檔中還給出了IGBT驅(qū)動器電源和SiC MOSFET驅(qū)動器電源的應(yīng)用案例。在IGBT驅(qū)動器電源中，2EP100R和2EP130R可以根據(jù)不同的需求選擇不同的拓?fù)浜团渲?，?shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)；在SiC MOSFET驅(qū)動器電源案例中，通過計算和選擇合適的占空比和變壓器變比，并進(jìn)行驗(yàn)證，可以得到滿足目標(biāo)電壓要求的輸出電壓。

總結(jié)與建議

EiceDRIVER? Power 2EP1xxR全橋變壓器驅(qū)動家族憑借其豐富的功能、靈活的配置和可靠的保護(hù)機(jī)制，為IGBT和SiC MOSFET等開關(guān)器件的柵極驅(qū)動電源設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計過程中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇產(chǎn)品型號、設(shè)置頻率和占空比、進(jìn)行組件選型和散熱設(shè)計等，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。同時，要充分考慮各種因素的影響，如負(fù)載行為、軟啟動功能等，通過不斷的優(yōu)化和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計效果。

希望通過本文的介紹，能讓大家對EiceDRIVER? Power 2EP1xxR系列產(chǎn)品有更深入的了解，在實(shí)際設(shè)計中能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，創(chuàng)造出更加優(yōu)秀的電子系統(tǒng)。大家在使用過程中有任何問題或經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評論區(qū)分享交流。