【導讀】隨著功率半導體IGBT，SiC MOSFET技術的發展和係統設計的優化，電平位移驅動電路應用場景越來越廣

，電壓從600V拓展到了1200V。英飛淩1200V電平位移型頸驅動芯片電流可達+/-2.3A
，可驅動中功率IGBT，包括Easy係列模塊。目標10kW+應用
，如商用HVAC
、熱泵、伺服驅動器
、工業變頻器、泵和風機。本文就來介紹一個設計案例，采用電平位移驅動器碳化矽SiC MOSFET 5kW交錯調製圖騰柱PFC評估板。

隨著功率半導體IGBT
，SiC MOSFET技術的發展和係統設計的優化
，電平位移驅動電路應用場景越來越廣
，電壓從600V拓展到了1200V。英飛淩1200V電平位移型頸驅動芯片電流可達+/-2.3A，可驅動中功率IGBT，包括Easy係列模塊。目標10kW+應用
，如商用HVAC、熱泵

、伺服驅動器
、工業變頻器
、泵和風機。本文就來介紹一個設計案例，采用電平位移驅動器碳化矽SiC MOSFET 5kW交錯調製圖騰柱PFC評估板。

從設計上看，這是一個很好的工業應用案例，涉及自舉電路用在中功率驅動和工頻50Hz的驅動中的應用。


評估板的型號為EVAL-1EDSIC-PFC-5KW，是采用交錯圖騰柱實現PFC的完整方案
，三個半橋橋臂結構，見下圖
，兩個高頻橋臂的功率開關采用650V 22mΩ的碳化矽MOSFET IMBG65R022M1H，一個低頻橋臂采用10 mΩ600V的CoolMOS™ S7 IPQC60R010S7。

CoolMOS™ S7是高壓SJ MOSFET
，其針對RDS(on)優化，用於低頻開關。非常適合固態斷路器和繼電器、PLC、電池保護以及大功率電源中的有源橋式整流。

Si和SIC MOSFET驅動都采用基於SOI技術電平位移驅動芯片。

其中SiC MOSFET的驅動采用電平位移驅動芯片1ED21271S65F，它是4A 650V的大電流高壓側柵極驅動器，帶過電流保護(OCP)
、多功能RCIN/故障/使能(RFE)和集成自舉二極管(BSD)
，DSO-8封裝。

CoolMOS™ S7的驅動采用基於SOI技術電平位移驅動芯片2ED2182S06F
，它是2.5A 650V高速大電流半橋柵極驅動器IC，集成自舉二極管，DSO-8封裝。

5kW交錯調製圖騰柱PFC的設計，在230VAC半負載條件下，實現效率為98.7%，尺寸為218mm x 170mm x 60mm
，即功率密度達到36W/in3。

所用器件：

■ EiceDRIVER™ 1ED21271S65F驅動CoolSiC™ MOSFET
■ CoolSiC™ MOSFET IMBG65R022M1H
■ EiceDRIVER™ 2ED2182S06F驅動CoolMOS™
■ CoolMOS™ S7 SJ MOSFET 600V IPQC60R010S7
■ 控製器MCU: XMC™ 4200 Arm® Cortex®-M4
■ 輔助電源：ICE2QR2280G

SIC MOSFET驅動

1ED21271S65F是2025年3月推出的最新產品
，電壓為650V

、輸出能力+/-4A的高邊柵極驅動器，與其他產品相比，提供了一種更穩健、更具性價比的解決方案。

設計采用英飛淩的絕緣體上矽（SOI）技術，1ED21x7x係列具有出色的可靠性和抗噪能力，能夠在負瞬態電壓高達-100V時芯片不壞。

可用於高壓側或低壓側高壓、大電流、高速功率管驅動，即驅動Si/SiC功率MOSFET和IGBT，擊穿電壓高達650V，輸出電流為+/-4A，傳播延遲小於 100ns。

1ED21x7x係列非常適合驅動多個開關並聯應用，例如輕型電動汽車中
，基於1ED21x7x大電流柵極驅動器的設計
，可在一個三相係統中節省多個 NPN/PNP管和外部自舉二極管。

在圖騰柱PFC設計中，電感器過流保護是個設計難點，1ED21x7x提供簡單
、易於設計的電感器過流保護。

1ED21x7x的CS管腳功能強大
，可以實現過流保護和短路I和短路II的保護。

短路I：指發生在功率開關開通之前
，已經處於短路狀態。

短路II：短路發生在功率開關導通狀態，這是更難保護的。

過流保護：1ED21x7x係列有兩個CS保護閾值可以選，0.25V和1.8V。0.25V設置通常與分流電阻一起使用
，以實現過流檢測，低壓選項，可以盡量減少分流電阻上的壓降造成的損耗。對於褪飽和檢測，要選用1.8V
，因為它具有更好的抗噪能力。


由於1ED21x7x係列集成了自舉二極管，外圍電路就顯得更簡單，下圖的實際電路外接了一個600V高速二極管Db和一個5.1Ω電阻，自舉電容為1uf。這是為什麼呢
？


在《驅動電路設計（五）——驅動器的自舉電源穩態設計》中強調了自舉電路會有電壓損失，造成上管驅動電壓低於下管電壓，而SiC的R_DS(ON)會隨著驅動電壓降低而明顯增大
，這是要在設計中避免的。

自舉電壓的損失主要貢獻是自舉電路中的自舉電路中的阻抗，V_Rboot由下麵公式決定，選擇更小的外接電阻能降低自舉電壓的損失，外接5.1歐姆相比驅動內置的等效電阻35歐姆來說小得多，零點幾伏的改善對SiC MOSFET的靜態損耗降低是非常有價值的。


CoolMOS™驅動

EiceDRIVER™ 2ED2182S06F驅動CoolMOS™ S7 SJ MOSFET 600V IPQC60R010S7時，就直接采用集成自舉二極管，自舉電容為33uf+100nf。


由於低頻橋臂工作在工頻50Hz，按照《驅動電路設計（四）---驅動器的自舉電源綜述》中的設計公式，進行計算。由於頻率隻有50Hz，驅動器的靜態電流被放大了。它的效應要比IPQC60R010S7的QG大一個量級，所以算出來的電容值就比較大，取33uf。


■ Q_G為功率開關的柵極電荷 318nC (IPQC60R010S7)
■ I_q為相關驅動器的靜態電流170uA（數據表中Quiescent VBS supply current）
■ I_leak為自舉電容的漏電流(隻與電解電容有關，忽略)
■ f_SW為功率管的開關頻率50Hz
■ U_CC為驅動電源電壓
■ U_F為自舉二極管的正向電壓
■ U_CEsat為下橋臂功率管的電壓降
■ S為餘量係數

通過以上內容，可以看到不能抄作業的自舉電路設計的兩個案例，結合之前係列文章中的知識點，讀者可以做驗證性的設計。

英飛淩新開發了一些功能強大的電平位移驅動電路，把應用場景拓展了
，在合理的係統絕緣分配後，可以更積極采用電平位移驅動電路
、自舉電路來優化係統設計，降低係統成本。

(作者：陳子穎
，鄭姿清)

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