ADuM3224/ADuM4224 3kV rms隔离式精密半桥驱动器技术手册

概述
ADuM3224/[ADuM4224]是4 A隔离式半桥栅极驱动器，采用ADI公司的iCoupler ^?^ 技术，提供独立且隔离的高端和低端输出。ADuM3224能够提供3000 V rms隔离，采用窄体16引脚SOIC封装，ADuM4224则提供5000 V rms隔离，采用宽体16引脚SOIC封装。这些隔离器件将高速CMOS与单芯片变压器技术融为一体，具有优于脉冲变压器和栅极驱动器组合等替代器件的出色性能特征。

ADuM3224/ADuM4224隔离器均提供两个独立的隔离通道。这些器件采用3.0 V至5.5 V电源电压工作，可与低压系统兼容。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器相比，ADuM3224/ADuM4224的输入与各输出之间具有真电流隔离优势。相对于输入，各路输出的持续工作电压最高可达560 V峰值，因而支持低端切换至负电压。高端与低端之间的差分电压最高可达800 V峰值。

因此，ADuM3224/ADuM4224可以在很宽的正或负切换电压范围内，可靠地控制IGBT/MOSFET配置的开关特性。
数据表：*附件：ADuM3224 ADuM4224 3kV rms隔离式精密半桥驱动器技术手册.pdf

应用

• 开关电源
• 隔离式IGBT/MOSFET栅极驱动器
• 工业逆变器

特性

• 峰值输出电流：4 A
• 工作电压
  高端或低端相对于输入： 537 V峰值
• 高工作频率：
  1 MHz（最大值）
• 3.3 V至5 V CMOS输入逻辑
• 4.5 V至18 V输出驱动
• 次级UVLO
  ADuM3224A/ADuM4224A UVLO (4.1 V V DDA /V DDB )
  ADuM3224B/ADuM4224B UVLO (6.9 V V DDA /V DDB )
  ADuM3224C/ADuM4224C UVLO (10.5 V V DDA /V DDB )
• 精密定时特性
  隔离器和驱动器传播延迟：59 ns（最大值）
  通道间匹配：5 ns（最大值）
• CMOS输入逻辑电平
• 高共模瞬变抗扰度：>25 kV/μs
• 增强的系统级ESD保护性能，符合IEC 61000-4-x标准
• 工作结温高达：125℃
• 默认低电平输出

框图

引脚配置描述

典型性能特征

应用信息

印刷电路板布局

ADuM322/ADuM4224 数字隔离器的逻辑接口无需外部接口电路。强烈建议在输入和输出电源引脚处进行电源去耦，如图 19 所示。使用取值在 0.01μF 至 0.1μF 之间的小容量陶瓷电容，以实现良好的高频去耦。在输出电源引脚（V_{DD1} 或 V_{DD2} ）上，建议添加一个 10μF 的电容，为驱动 ADuM322/ADuM4224 输出的栅极电容充电提供电荷。在输出电源引脚上，去耦电容的布线上应避免使用过孔，且不要并联空的焊盘，以降低去耦电容的电感。较小电容两端的总走线长度以及输入或输出电源引脚的走线长度不得超过 5mm 。对于特定的输出功率要求，请参考 AN - 1109《iCoupler 器件辐射发射控制建议》应用笔记。

欠压锁定

对于 ADuM322/ADuM4224 的通道输出，要使输出处于激活状态，V_{DD1} 或 V_{DD2} 必须高于欠压锁定（UVLO）阈值。在运行过程中，如果电源电压降至 UVLO 阈值以下，输出将进入高阻抗状态，以保护开关免受过压损坏。通过 V_{UVLO} 阈值可设置欠压锁定门限，该门限可针对不同的次级侧电源进行选择（详见《订购指南》）。此外，在每个输出通道中，一个 UVLO 可控制一个通道，而在其他情况下，一个 UVLO 可控制多个通道。

传播延迟相关参数

传播延迟是描述逻辑信号在组件中传播所需时间的参数。低电平输出的传播延迟（t_{PLH}）是指从高电平输入逻辑阈值（V_{IH}，见图 20）到输出上升 10% 阈值的时间延迟。ADuM322/ADuM4224 规定 t_{PLH} 为高电平输入逻辑阈值（V_{IH}）到输出上升 10% 阈值的时间。同样，下降传播延迟（t_{PHL}）是指从输入低电平逻辑阈值（V_{IL}）到输出下降 90% 阈值的时间。上升和下降时间取决于负载条件，且与传播延迟无关，传播延迟是栅极驱动器的行业标准参数。

通道间匹配是指单个 ADuM322/ADuM4224 组件内不同通道之间，传播延迟的最大差异量。

传播延迟偏差是指在相同温度、输入电压和负载条件下运行的多个 ADuM322/ADuM4224 组件之间，传播延迟的最大差异量。

热限制和开关负载特性

对于隔离式栅极驱动器，输入和输出电路之间需要电气隔离，这使得无法使用单个热通路器件，因此热量主要通过封装耗散。

功耗受输出电压、开关频率、工作占空比和有效负载电容的限制，决定了主要的功耗。要计算每个通道内的功耗，请使用以下公式：

P_{DISS}=C_{EFF}×(V_{DD2})^{2}×f_{SW}×D_{S W}×frac {R_{DS(ON)}}{R_{GATE}}

其中：

• C_{EFF} 是负载的有效电容。
• V_{DD2} 是次级侧电源电压。
• f_{SW} 是开关频率。
• R_{GATE} 是 ADuM322 的开关电阻（R_{GATE}：R_{P}、R_{N}）。
• R_{DS(ON)} 是外部栅极电阻。

要找到结温相对于环境温度的值，需将总功耗乘以 theta_{JA}（热阻，即从结到环境的热阻），然后加上环境温度，即可得到内部结温。

每个 ADuM322/ADuM4224 隔离器输出都有热关断保护功能。该功能通常在结温达到约 150°C 时触发，此时保险丝功能启动，输出切换到低电平。当结温从关断值下降约 10°C 时，输出恢复。

输出负载特性

ADuM322/ADuM4224 输出信号决定了输出的特性，其输出级本质上是一个 N 沟道 MOSFET。栅极驱动器负载响应可使用典型的 MOSFET 模型进行建模，其中包含由于 PCB 走线（R_{TRACE}）、串联栅极电阻（R_{GATE}）和栅极到源极电容（C_{GS}）导致的阻抗，如图 21 所示。