background image

SKYPER 32 R UL

© by SEMIKRON

Rev. 0 – 11.08.2010

1

SKYPER

®

Driver Core

IGBT Driver Core

SKYPER 32 R UL

Preliminary Data

Features

• UL recognized according UL 508C
• UL report reference E242581
• Two output channels
• Integrated potential free power supply
• Under voltage protection
• Drive interlock top / bottom
• Dynamic short cirucit protection
• Shut down input
• Failure management
• IEC 60068-1 (climate) 40/085/56, no 

condensation and no dripping water 
permitted, non-corrosive, climate class 
3K3 acc. EN60721

Typical Applications*

• Driver for IGBT modules in bridge 

circuits in industrial application

• DC bus voltage up to 1200V

Footnotes

V

CE: 

 With external high voltage diode

V

isolIO/

V

isol12

: Isolation test is not performed 

as a series test at SEMIKRON and must be 
performed by the user
V

isolPD

: According to VDE 0110-20

Q

out/pulse

 can be expanded to 6,3µQ with 

boost capacitors

Isolation coordination in compliance with 
EN50178 PD2
Operating temperature is real ambient 
temperature around the driver core
Degree of protection: IP00

This is an electrostatic discharge sensitive device (ESDS), international standard IEC 
60747-1, Chapter IX

* The specifications of our components may not be considered as an assurance of component 
characteristics. Components have to be tested for the respective application. Adjustments 
may be necessary. The use of SEMIKRON products in life support appliances and systems is 
subject to prior specification and written approval by SEMIKRON. We therefore strongly 
recommend prior consultation of our personal.

Absolute Maximum Ratings 

Symbol

Conditions

Values

Unit

V

s

Supply voltage primary

16

V

V

iH

Input signal voltage (HIGH)

Vs + 0.3

V

V

iL

Input signal voltage (LOW)

GND - 0.3

V

Iout

PEAK

Output peak current

15

A

Iout

AVmax

Output average current

50

mA

f

max

Max. switching frequency

50

kHz

V

CE

Collector emitter voltage sense across 
the IGBT

1700

V

dv/dt

Rate of rise and fall of voltage 
secondary to primary side

50

kV/µs

V

isol IO

Isolation test voltage  input - output 
(AC, rms, 2s)

4000

V

V

isolPD

Partial discharge extinction voltage, 
rms, Q

PD

 

!

 10pC

1500

V

V

isol12

Isolation test voltage output 1 - output 
2 (AC, rms, 2s)

1500

V

R

Gon min

Minimum rating for external R

Gon

1.5

"

R

Goff min

Minimum rating for external R

Goff

1.5

"

Q

out/pulse

Max. rating for output charge per pulse

2.5

µC

T

op

Operating temperature

-40 ... 85

°C

T

stg

Storage temperature

-40 ... 85

°C

Characteristics 

Symbol

Conditions

min.

typ.

max.

Unit

V

s

Supply voltage primary side

14.4

15

15.6

V

I

SO

Supply current primary (no load)

80

mA

Supply current primary side (max.)

450

mA

V

i

Input signal voltage on / off

15 / 0

V

V

IT+

Input treshold voltage HIGH 

12.3

V

V

IT-

Input threshold voltage (LOW)

4.6

V

R

IN

Input resistance (switching/HALT 
signal)

10

k

"

V

G(on)

Turn on output voltage

15

V

V

G(off)

Turn off output voltage

-7

V

f

ASIC

Asic system switching frequency

8

MHz

t

d(on)IO

Input-output turn-on propagation time

1.1

µs

t

d(off)IO

Input-output turn-off propagation time

1.1

µs

t

d(err)

Error input-output propagation time

5.4

7.9

µs

t

pERRRESET

Error reset time

9

µs

t

TD

Top-Bot interlock dead time

3

4.3

µs

C

ps

Coupling capacitance prim sec

12

pF

w

28

g

MTBF

Mean Time Between Failure Ta = 40°C

2.5

10

6

h

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

Technical Explanations 

 

 

 

Revision 

00 

Status: 

 

Prepared by: 

Johannes Krapp 

 

 

This Technical Explanation is valid for the following parts: 

Related Documents: 

part number: 

L6100104 

title: 

Data Sheet SKYPER 32 R UL 

date code (YYWW): 

 1030

 

 

 

 

SKYPER

®

 32 R UL 

Content 
 

Application and Handling Instructions .................................................................................................................... 2

 

Further application support ..................................................................................................................................... 2

 

General Description ................................................................................................................................................ 2

 

Features of SKYPER 32 R UL................................................................................................................................ 2

 

UL specified remarks .............................................................................................................................................. 3

 

Block diagram ......................................................................................................................................................... 3

 

Dimensions ............................................................................................................................................................. 3

 

PIN Array – Primary Side........................................................................................................................................ 4

 

PIN Array – Secondary Side................................................................................................................................... 5

 

Driver Performance................................................................................................................................................. 6

 

Insulation................................................................................................................................................................. 6

 

Isolation Test Voltage ............................................................................................................................................. 7

 

Auxiliary Power Supply ........................................................................................................................................... 7

 

Under Voltage Protection of driver power supply (UVP) ........................................................................................ 8

 

Input Signals ........................................................................................................................................................... 8

 

Short Pulse Suppression (SPS) ............................................................................................................................. 8

 

Failure Management............................................................................................................................................... 9

 

Shut Down Input (SDI)............................................................................................................................................ 9

 

Dead Time generation (Interlock TOP / BOT) (DT).............................................................................................. 10

 

Dynamic Short Circuit Protection by V

CEsat

 monitoring / de-saturation monitoring (DSCP).................................. 10

 

Adjustment of DSCP............................................................................................................................................. 11

 

High Voltage Diode for DSCP............................................................................................................................... 12

 

Gate resistors ....................................................................................................................................................... 12

 

External Boost Capacitors (BC)............................................................................................................................ 13

 

Application Example ............................................................................................................................................. 13

 

Mounting Notes..................................................................................................................................................... 14

 

Environmental Conditions..................................................................................................................................... 14

 

Marking ................................................................................................................................................................. 15

 

 

 

 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

SKYPER 32  

 

 

 

 

 
Application and Handling Instructions 
 

 

Please provide for static discharge protection during handling. As long as the hybrid driver is not completely assembled, 
the  input  terminals  have  to  be  short-circuited.  Persons  working  with  devices  have  to  wear  a  grounded  bracelet.  Any 
synthetic  floor  coverings  must  not  be  statically  chargeable.  Even  during  transportation  the  input  terminals  have  to  be 
short-circuited using, for example, conductive rubber. Worktables have to be grounded. The same safety requirements 
apply to MOSFET- and IGBT-modules. 

 

Any  parasitic  inductances  within  the  DC-link  have  to  be  minimised.  Over-voltages  may  be  absorbed  by  C-  or  RCD-
snubbers between main terminals for PLUS and MINUS of the power module. 

 

When first operating a newly developed circuit, SEMIKRON recommends to apply low collector voltage and load current 
in the beginning and to increase these values gradually, observing the turn-off behaviour of the free-wheeling diode and 
the turn-off voltage spikes generated across the IGBT. An oscillographic control will be necessary. Additionally, the case 
temperature  of  the  module  has  to  be  monitored.  When  the  circuit  works  correctly  under  rated  operation  conditions, 
short-circuit testing may be done, starting again with low collector voltage. 

 

It  is  important  to  feed any  errors back to  the control  circuit and to switch off the  device immediately  in  failure events. 
Repeated turn-on of the IGBT into a short circuit with a high frequency may destroy the device.

 

 

The inputs of the hybrid driver are sensitive to over-voltage. Voltages higher than V

S

 +0,3V or below -0,3V may destroy 

these inputs. Therefore, control signal over-voltages exceeding the above values have to be avoided. 

 

The  connecting  leads  between  hybrid  driver  and  the  power  module  should  be  as  short  as  possible  (max.  20cm),  the 
driver leads should be twisted. 

 
 
Further application support 
 

Latest  information  is  available  at 

http://www.semikron.com

.  For  design  support  please  read  the  SEMIKRON  Application 

Manual Power Modules available at 

http://www.semikron.com

.  

 
 
General Description 

 
The SKYPER 32 core constitutes an interface between IGBT modules and the controller. The driver is developed according 
to  the  requirements  of  UL  standard.  This  core  is  a  half  bridge  driver.  Basic  functions  for  driving,  potential  separation  and 
protection are integrated in the driver. Thus it can be used to build up a driver solution for IGBT modules.  
 
 

Features of SKYPER 32 R UL 

 

 

Two output channels 

 

Integrated potential free power supply for the secondary side 

 

Short Pulse Suppression (SPS) 

 

Under Voltage Protection (UVP) 

 

Drive interlock (dead time) top / bottom (DT) 

 

Dynamic Short Circuit Protection (DSCP) by V

CE

 monitoring and direct 

switch off 

 

Shut Down Input (SDI) 

 

Failure Management 

 

Expandable by External Boost Capacitors (BC) 

 

DC bus voltage up to 1200V 

Please note:

  

Unless otherwise specified, all values in this technical explanation are typical values. Typical values are the average values expected in 
large quantities and are provided for information purposes only. These values can and do vary in different applications. All operating 
parameters should be validated by user’s technical experts for each application. 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

UL specified remarks 

 

The equipment shall be installed in compliance with the mounting and spacing requirements of the end-use application.  

 

SKYPER 32 shall be supplied by an isolated limited voltage / limited current source or a Class 2 source.  The 15 A peak 
rating is an instantaneous peak rating only.   

 

These devices do not incorporate solid-state motor overload protection. The need for overload protection and over-
current protection devices shall be determined in the end-use product. 

 

These devices have not been evaluated to over-voltage, over-current, and over-temperature control, and may need to 
be subjected to the applicable end-product tests. 

 

Temperature and tests shall be considered in the end use.  Due to the limited current source, only the effect of heat 
generating components in this device on adjacent components in the end product needs to be considered. 

 

Connectors have not been evaluated field wiring; all connections are to be factory wired only. 

 

 

Block diagram 
 

Block diagram 

 

 
Dimensions 
 

Dimensions in mm (bottom view) 

(top view) 

 

 

±0,2mm unless otherwise noted

 

1

0

,3

1

0

,3

 

 
 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 
PIN Array – Primary Side 

 

Connectors 

Connector X10 (RM2,54, 10pin) 

 

 
 

 

 
 
 

±0,25mm unless otherwise noted

 

 
 

PIN 

Signal 

Function 

Specification 

X10:01 

PRIM_PWR_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X10:02 

PRIM_PWR_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X10:03 

PRIM_nERROR_OUT 

ERROR output 

LOW = NO ERROR; open collector output; 
max. 30V / 15mA    

               

(external pull up resistor necessary) 

X10:04 

PRIM_nERROR_IN 

ERROR input 

5V logic; LOW active 

X10:05 

PRIM_PWR_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X10:06 

PRIM_PWR_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X10:07 

PRIM_TOP_IN 

Switching signal input (TOP switch) 

Digital 15 V; 10 kOhm impedance;          
LOW = TOP switch off;                            
HIGH = TOP switch on 

X10:08 

PRIM_BOT_IN 

Switching signal input (BOTTOM switch) 

Digital 15 V; 10 kOhm impedance;                
LOW = BOT switch off;                            
HIGH = BOT switch on 

X10:09 

PRIM_PWR_15P 

Drive core power supply 

Stabilised +15V ±4%  

X10:10 

PRIM_PWR_15P 

Drive core power supply 

Stabilised +15V ±4%  

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

PIN Array – Secondary Side 
 

Connectors 

Connector X100 / X200 (RM2,54, 10pin) 

 

 
 

 

 

 
 

±0,25mm unless otherwise noted

 

 

PIN 

Signal 

Function 

Specification 

X100:01 

SEC_TOP_VCE_CFG 

Input reference voltage adjustment  

 

X100:02 

SEC_TOP_VCE_IN 

Input V

CE

 monitoring 

 

X100:03 

SEC_TOP_15P 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised +15V 

X100:04 

SEC_TOP_15P 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised +15V 

X100:05 

SEC_TOP_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X100:06 

SEC_TOP_IGBT_ON 

Switch on signal TOP IGBT 

 

X100:07 

SEC_TOP_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X100:08 

SEC_TOP_IGBT_OFF 

Switch off signal TOP IGBT 

 

X100:09 

SEC_TOP_8N 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised -7V 

X100:10 

SEC_TOP_8N 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised -7V 

X200:01 

SEC_BOT_VCE_CFG 

Input reference voltage adjustment  

 

X200:02 

SEC_BOT_VCE_IN 

Input V

CE

 monitoring 

 

X200:03 

SEC_BOT_15P 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised +15V 

X200:04 

SEC_BOT_15P 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised +15V 

X200:05 

SEC_BOT_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X200:06 

SEC_BOT_IGBT_ON 

Switch on signal BOT IGBT 

 

X200:07 

SEC_BOT_GND 

GND for power supply and GND for digital 
signals 

 

X200:08 

SEC_BOT_IGBT_OFF 

Switch off signal BOT IGBT 

 

X200:09 

SEC_BOT_8N 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised -7V 

X200:10 

SEC_BOT_8N 

Output power supply for external buffer 
capacitors 

Stabilised -7V 

 
 
 
 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 
Driver Performance 

 
The  driver  is  designed  for  application  with  half  bridges  or  single  modules  and  a  maximum  gate  charge  per  pulse  
<  2,5µC  (<  6,3µC  with  external  boost  capacitors).  The  charge  necessary  to  switch  the  IGBT  is  mainly  depending  on  the 
IGBT’s  chip  size,  the  DC-link  voltage  and  the  gate  voltage.  This  correlation  is  shown  in  module  datasheets.  It  should, 
however, be considered that the driver is turned on at +15V and turned off at -7V. Therefore, the gate voltage will change by 
22V  during  each  switching  procedure.  Unfortunately,  many  datasheets  do  not  show  negative  gate  voltages.  In  order  to 
determine  the  required  charge,  the  upper  leg  of  the  charge  curve  may  be  prolonged  to  +22V  for  determination  of 
approximate charge per switch. 
The  medium  output  current  of  the  driver  is  determined  by  the  switching  frequency  and  the  gate  charge.  The  maximum 
switching  frequency  may  be  calculated  with  the  shown  equation and is limited  by  the  average current  of  the driver  power 
supply and the power dissipation of driver components. 

 

 

Calculation Switching Frequency 

Maximum Switching Frequency @ different Gate Charges @ T

amb

=25°C 

 
 

 
 
f

max

:           Maximum switching frequency * 

Iout

AVmax

:   Maximum output average current 

Q

GE

:          Gate charge of the driven IGBT 

 
 
* @ T

amb

=25°C 

 
 
 

0 kHz

10 kHz

20 kHz

30 kHz

40 kHz

50 kHz

60 kHz

0 µC

1 µC

2 µC

3 µC

4 µC

5 µC

6 µC

7 µC

gate charge

s

w

it

c

h

in

g

 f

re

q

u

e

n

c

y

with external boost capacitors

 

Calculation Average Output Current 

Average Output Current as a Function of the Ambient Temperature 

 
 
 
 

GE

sw

AV

Q

f

Iout

×

=

 

 
 
 
Iout

AV

:      Average output current 

f

sw

:           Switching frequency 

Q

GE

:   

     

Gate charge of the driven IGBT 

 

0 mA

10 mA

20 mA

30 mA

40 mA

50 mA

60 mA

0 °C

10 °C

20 °C

30 °C

40 °C

50 °C

60 °C

70 °C

80 °C

90 °C

ambient temperature

a

v

e

ra

g

e

 o

u

tp

u

c

u

rr

e

n

t

 

 
 
 
 

Insulation 
 

Magnetic transformers are used for insulation between gate driver primary and secondary side. The transformer set consists 
of  pulse  transformers  which  are  used  bidirectional  for  turn-on  and  turn-off  signals  of  the  IGBT  and  the  error  feedback 
between  secondary  and  primary  side,  and  a  DC/DC  converter.  This  converter  provides  a  potential  separation  (galvanic 
separation)  and  power  supply  for  the  two  secondary  (TOP  and  BOT)  sides  of  the  driver.  Thus,  external  transformers  for 
external power supply are not required. 

  

Creepage and Clearance Distance in mm 

 

Primary to secondary 

Min. 12,2 

Please note:

  

The maximum value of the switching frequency is limited to 50kHz due to switching reasons. 

GE

max

AV

max

Q

Iout

f

=

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 
Isolation Test Voltage 
 

The  isolation  test  voltage  represents  a  measure  of  immunity  to  transient  voltages.  The  maximum  test  voltage  and  time 
applied  once between  input  and  output,  and  once between  output 1  and output  2  are  indicated  in  the absolute  maximum 
ratings.  The  high-voltage  isolation  tests  and  repeated  tests  of  an  isolation  barrier  can  degrade  isolation  capability  due  to 
partial  discharge.  Repeated  isolation  voltage  tests  should  be  performed  with  reduced  voltage.  The  test  voltage  must  be 
reduced by 20% for each repeated test.  
The  isolation  of  the  isolation  barrier  (transformer)  is  checked  in  the  part. With  exception  of  the  isolation  barrier,  no  active 
parts,  which  could  break  through  are  used.  An  isolation  test  is  not  performed  as  a  series  test.  Therefore,  the  user  can 
perform once the isolation test with voltage and time indicated in the absolute maximum ratings.   
 
 

 
 
Auxiliary Power Supply 

 
A few basic rules should be followed when dimensioning the customer side power supply for the driver. The following table 
shows the required features of an appropriate power supply. 
 

Requirements of the auxiliary power supply 

 

Regulated power supply 

+15V ±4% 

Maximum rise time of auxiliary power supply 

50ms 

Minimum peak current of auxiliary supply 

1A 

Power on reset completed after 

150ms 

 
The supplying switched mode power supply may not be turned-off for a short time as consequence of its current limitation. 
Its output characteristic needs to be considered. Switched mode power supplies with fold-back characteristic or hiccup-mode 
can create problems if no sufficient over current margin is available. The voltage has to rise continuously and without any 
plateau formation as shown in the following diagram. 
 

Rising slope of the power supply voltage 

 

 
If  the  power  supply  is  able  to  provide  a  higher  current,  a  peak  current  will  flow  in  the  first  instant  to  charge  up  the  input 
capacitances  on  the  driver.  Its  peak  current  value  will  be  limited  by  the  power  supply  and  the  effective  impedances  (e.g. 
distribution lines), only. 
It is recommended to avoid the paralleling of several customer side power supply units. Their different set current limitations 
may lead to dips in the supply voltage. 
The  driver  is  ready  for  operation  typically  150ms  after  turning  on  the  supply  voltage.  The  driver  error  signal 
PRIM_nERROR_OUT is operational after this time. Without any error present, the error signal will be reset. 
To  assure a  high  level  of  system safety  the  TOP  and  BOT signal inputs  should stay  in  a  defined  state  (OFF state,  LOW) 
during driver turn-on time. Only after the end of the power-on-reset, IGBT switching operation shall be permitted. 

Please note:

  

Do  not  apply  switching 
signals  during  power  on 
reset. 

Please note:

  

An isolation test is not performed at SEMIKRON as a series test. 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 

Under Voltage Protection of driver power supply (UVP) 

 
The internally detected supply voltage of the driver has an under voltage protection. The table below gives an overview of 
the trip level.

 

 

Supply voltage 

UVP level 

Regulated +15V ±4% 

 13,5V 

 

If  the  internally  detected  supply  voltage  of  the  driver  falls  below  this  level,  the  IGBTs  will  be  switched  off  (IGBT  driving 
signals  set  to  LOW).  The  input  side  switching signals  of  the  driver  will  be  ignored.  The  error  memory  will  be  set,  and  the 
output PRIM_nERROR_OUT changes to the HIGH state. 
 
 
 
 

Input Signals 

 
The signal transfer to each IGBT is made with pulse transformers, used for switching on and switching off of the IGBT. The 
inputs have a Schmitt Trigger characteristic and a positive / active high logic (input HIGH = IGBT on; input LOW = IGBT off).  
It  is  mandatory  to  use circuits  which  switch active  to +15V and  0V.  Pull  up  and  open  collector  output stages  must not  be 
used for TOP / BOT control signals. It is recommended choosing the line drivers according to the demanded length of the 
signal lines. 

 

 
 
 
 
 

 

TOP / BOT Input 

 

 

 
A  capacitor  is  connected  to  the  input  to  obtain  high  noise  immunity. 
This capacitor can cause for current limited line drivers a little delay of 
few ns, which can be neglected. The capacitors have to be placed as 
close as possible to the driver interface. 
 

 
 

 

Short Pulse Suppression (SPS) 

 
This circuit suppresses short turn-on and off-pulses of incoming signals. This way the IGBTs are protected against spurious 
noise as they can occur due to bursts on the signal lines. Pulses shorter than 625ns are suppressed and all pulses longer 
than 750ns get through for 100% probability. Pulses with a length in-between 625ns and 750ns can be either suppressed or 
get through. 
 

Pulse pattern – SPS 

short pulses

PRIM_TOP/BOT_IN (HIGH)

PRIM_TOP/BOT_IN (LOW)

SEC_TOP/BOT_IGBT_ON

SEC_TOP/BOT_IGBT_OFF

 

 
 

Please note:

  

It is not permitted to apply switching pulses shorter than 1µs. 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 

Failure Management 
 

Any error detected will set the error latch and force the output PRIM_nERROR_OUT into HIGH state. Switching pulses from 
the controller will be ignored. Connected and switched off IGBTs remain turned off.  The switched off IGBTs remain turned 
off.  A  reset  of  the  latched  error  memory  is  only  possible  if  no  failure  is  present  anymore  and  if  the  TOP  and  BOT  input 
signals are set to the LOW level for a period of t

pERRRESET

 > 9µs. 

The  output  PRIM_nERROR_OUT  is  an  open  collector  output.  For  the  error  evaluation  an  external  pull-up-resistor  is 
necessary pulled-up to the positive operation voltage of the control logic (LOW signal = no error present, wire break safety is 
assured). 

 

Open collector error transistor 

Application hints 

 

 
An external resistor to the controller logic high level is required. The 
resistor has to be in the range of V

 

/ I

max

 < R

pull_up

 < 10k

PRIM_nERROR_OUT can operate to maximum 30V and can switch 
a maximum of 15mA. 

 
Example: 

For  V

 

=  +15V  the  needed  resistor  should  be  in  the  range           

R

pull_up 

= (15V/15mA) … 10k

 

 1k

… 10k

.  

 
 

 
 
 
 

 
 
 

Shut Down Input (SDI) 

 
The shut down input / error input signal can gather error signals of other hardware components for switching off the IGBT 
(input HIGH = no turn-off; input LOW = turn-off).  
A  LOW  signal  at  PRIM_nERROR_IN  will  set  the  error  latch  and  force  the  output  PRIM_nERROR_OUT  into  HIGH  state. 
Switching pulses from the controller will be ignored. A reset of the latched error memory is only possible if no LOW signal at 
PRIM_nERROR_IN  is  present  anymore  and  if  the  TOP  and  BOT  input  signals  are  set  to  the  LOW  level  for  a  period  of 
t

pERRRESET

 > 9µs. 

The SDI function can be disabled by no connection or connecting to 5V. 

 

Connection SDI 

 

 
 
 
 
 
 
 

Please note:

  

The error output PRIM_ERROR_OUT is not short circuit proof. 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

10 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

Dead Time generation (Interlock TOP / BOT) (DT) 

 
The DT circuit prevents, that TOP and BOT IGBT of one half bridge are switched on at the same time (shoot through).  The 
dead time is not added to a dead time given by the controller. Thus the total dead time is the maximum of "built in dead time" 
and "controller dead time". It is possible to control the driver with one switching signal and its inverted signal.  
 
 
 
 
 

Pulse pattern – DT 

 

 

 

  The  total  propagation  delay  of  the  driver  is  the  sum  of 

interlock  dead  time  (t

TD

)  and  driver  input  output  signal 

propagation  delay  (t

d(on;off)IO

)  as  shown  in  the  pulse  pattern. 

Moreover the switching time of the IGBT chip has to be taken 
into account (not shown in the pulse pattern). 

 

  In 

case 

both 

channel 

inputs 

(PRIM_TOP_IN 

and 

PRIM_BOT_IN) are at high level, the IGBTs will be turned off. 

 

  If  only  one  channel  is  switching,  there  will  be  no  interlock 

dead time. 

 
 

 
 
 
 
 
 
 

Dynamic Short Circuit Protection by V

CEsat

 monitoring / de-saturation monitoring (DSCP) 

 
The DSCP circuit is responsible for short circuit sensing. It monitors the collector-emitter voltage V

CE

 of the IGBT during its 

on-state. Due to the direct measurement of V

CEsat

 on the IGBT's collector, the DSCP circuit switches off the IGBTs and an 

error is indicated.  
 
The reference voltage V

CEref

 may dynamically be adapted to the IGBTs switching behaviour. Immediately after turn-on of the 

IGBT, a higher value is effective than in steady state. This value will, however, be reset, when the IGBT is turned off. V

CEstat

 

is the steady-state value of V

CEref

 and is adjusted to the required maximum value for each IGBT by an external resistor R

CE

It  may  not  exceed  10V.  The  time  constant  for  the  delay  (exponential  shape)  of  V

CEref

  may  be  controlled  by  an  external 

capacitor C

CE

, which is connected in parallel to R

CE

. It controls the blanking time t

bl

 which passes after turn-on of the IGBT 

before the V

CEsat

 monitoring is activated. This makes an adaptation to any IGBT switching behaviour possible. 

 

Reference Voltage (V

CEref

) Characteristic 

 

 
After  t

bl

  has  passed,  the  V

CE

  monitoring  will  be  triggered  as  soon  as      V

CE

  >  V

CEref

  and  will  turn  off  the  IGBT.  The  error 

memory will be set, and the output PRIM_nERROR_OUT changes to the HIGH state. Possible failure modes are shows in 
the following pictures. 
 

Please note:

  

The generated dead time is fixed and cannot be changed. 

 

Please note:

  

No error message will be generated when overlap of switching signals occurs. 

 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

11 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 

Short circuit during operation 

Turn on of IGBT too slow * 

Short circuit during turn on 

 

 

 

* or adjusted blanking time too short 

 
 
 

Adjustment of DSCP 

 
The external components R

CE

 and C

CE

 are applied for adjusting the steady-state threshold the blanking time. 

 

Connection R

CE

 and C

CE

 

Dimensioning of R

CE

 and C

CE

 

 

 

 

[ ]

+

=

V

5

,

8

k

V

R

V

1

ln

k

17

k

R

VCE

CEstat

CE

 

        
 

 

[

]

[ ]

pF

s

R

k

s

s

s

t

pF

C

CE

bl

CE

µ

µ

µ

µ

00323

,

0

11

,

0

5

,

2

=

 

 
 

V

CEstat

Collector-emitter threshold static monitoring voltage 

t

blx

  Blanking time 

 

V

CEstat_max

 = 8V (R

VCE

 = 0

V

CEstat_max

 = 7V (R

VCE

 = 1k

)

 

 

 

Please Note:  

The  equations  are  calculated  considering  the  use  of  high  voltage  diode 
BY203/20S.  The  calculated  values  V

CEstat

  and  t

bl

  are  typical  values  at  room 

temperature.  These  values  can  and  do  vary  in  the  application  (e.g.  tolerances  of 
used high voltage diode, resistor R

CE

, capacitor C

CE

).  

The DSCP function is not recommended for over current protection. 
 

 

Application hints 

 
If  the  DSCP  function  is  not  used,  for  example  during  the  experimental  phase,  SEC_TOP_VCE_IN  must  be  connected  with 
SEC_TOP_GND for disabling SCP @ TOP side and SEC_BOT_VCE_IN must be connected with SEC_BOT_GND for disabling SCP @ 
BOT side. 

 
 
 
 
 
 
 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

12 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 
 

High Voltage Diode for DSCP 

 
The high voltage diode blocks the high voltage during IGBT off state. The connection of this diode between driver and IGBT 
is shown in the following schematic. 
 

Connection High Voltage Diode 

Characteristics 

 

 

  Reverse blocking voltage of the diode shall be higher than the 

used IGBT. 

 

  Reverse recovery time of the fast diode shall be lower than V

CE

 

rising of the used IGBT. 

 

  Forward voltage of the diode: 1,5V @ 2mA forward current 

(T

j

=25°C). 

 
 

A collector series resistance R

VCE

 (1k

 / 0,4W) must be 

connected for 1700V IGBT operation. 

 

 
 
 

Gate resistors 

 
The  output  transistors  of  the  driver  are  MOSFETs.  The  sources  of  the  MOSFETs  are  separately  connected  to  external 
terminals in order to provide setting of the turn-on and turn-off speed of each IGBT by the external resistors R

Gon

 and R

Goff

As an IGBT has input capacitance (varying during switching time) which must be charged and discharged, both resistors will 
dictate  what  time  must  be  taken  to  do  this.  The  final  value  of  the  resistance  is  difficult  to  predict,  because  it  depends  on 
many parameters as DC link voltage, stray inductance of the circuit, switching frequency and type of IGBT. 

 

Connection R

Gon

, R

Goff

 

Application Hints 

 

 
The  gate  resistor  influences  the  switching  time,  switching  losses, 
dv/dt behaviour, etc. and has to be selected very carefully. Due to 
this  influence  a  general  value  for  the  gate  resistors  cannot  be 
recommended.  The  gate  resistor has  to  be  optimized  according  to 
switching  behaviour  and  over  voltage  peaks  within  the  specific 
circuitry. 
 
By  increasing  R

Gon

  the  turn-on  speed  will  decrease.  The  reverse 

peak current of the free-wheeling diode will diminish. 
 
By increasing R

Goff

 the turn-off speed of the IGBT will decrease. The 

inductive peak over voltage during turn-off will diminish. 
 
In order to ensure locking of the IGBT even when the driver supply 
voltage is turned off, a resistance (R

GE

) has to be integrated. 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Please note:

  

Do not connect the terminals SEC_TOP_IGBT_ON with SEC_TOP_IGBT_OFF and SEC_BOT_IGBT_ON 
with SEC_BOT_IGBT_OFF, respectively. 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

13 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 

External Boost Capacitors (BC) 

 
The  rated  gate  charge  of  the  driver  may  be  increase  by  additional  boost  capacitors  to  drive  IGBT  with  large  gate 
capacitance. 
 

Connection External Boost Capacitors 

Dimensioning of C

boost

  

 

  C

boost15P 

[µF] = Q

GE 

[µC] × 1/V - 2,2µF 

 

  C

boost8N

 [µF]  = Q

GE

 [µC] × 2/V - 4,7µF 

 

  Q

GE

: Gate charge of the IGBT @ V

GE

 = -7 …+15V 

 

  Minimum rated voltage C

boost15P

: 25V 

 

  Minimum rated voltage C

boost8N

: 16V 

 

  Type of capacitor: ceramic capacitor 

 
Please consider the maximum rating four output charge per 
pulse of the gate driver. 
 

Application Hints 

 

 
The  external  boost  capacitors  should  be  connected  as  close  as 
possible to the gate driver and to have low inductance. 

 
 
 

Application Example 

 

Connection Schematic 

 

1nF
100V

+15V  

1nF

100V

INPUT BOT

INPUT TOP

1nF

100V

220µF

35V

ERROR OUT  

1nF

100V

4,75k

BY203/20S

DC+

10k

16V

4,7µF

2,2µF

25V

BY203/20S

10k

4,7µF

16V

2,2µF

25V

DC-

load

18k

330pF

50V

Ron

Roff

18k

330pF

50V

Ron

Roff

SEC_TOP_VCE_CFG

SEC_TOP_VCE_IN

SEC_TOP_15P

SEC_TOP_15P

SEC_TOP_GND

SEC_TOP_IGBT_ON

SEC_TOP_GND

SEC_TOP_IGBT_OFF

SEC_BOT_VCE_CFG

SEC_BOT_VCE_IN

SEC_BOT_15P

SEC_BOT_15P

SEC_BOT_GND

SEC_BOT_IGBT_ON

SEC_BOT_GND

SEC_BOT_IGBT_OFF

PRIM_PWR_GND

PRIM_PWR_GND

PRIM_nERROR_OUT

PRIM_nERROR_IN

PRIM_PWR_GND

PRIM_PWR_GND

PRIM_TOP_IN

PRIM_BOT_IN

PRIM_PWR_15P

PRIM_PWR_15P

SKYPER

TM

 32

SEC_TOP_8N

SEC_TOP_8N

SEC_BOT_8N

SEC_BOT_8N

 

 

-  application example for 1200V IGBT 
-  Q

out/pulse

 =  5µC 

-  V

CEref

 = 5,5V 

-  t

bl

 = 5,5µs 

 
 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

14 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

 
Mounting Notes 

 

Soldering Hints 

Finished Hole & Pad Size in mm 

The temperature of the solder must not exceed 260°C, and solder time must 
not exceed 10 seconds. 
 
The  ambient  temperature  must  not  exceed  the  specified  maximum  storage 
temperature of the driver. 
 
The solder joints should be in accordance to IPC A 610 Revision D (or later) - 
Class  3  (Acceptability  of  Electronic  Assemblies)  to  ensure  an  optimal 
connection between driver core and printed circuit board. 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
The connection between driver core and printed circuit board should be mechanical reinforced by using support posts.  
 

Use of Support Posts 

 

 

 
Product  information  of  suitable  support  posts  and 
distributor  contact  information  is  available  at  e.g. 
http://www.richco-inc.com 

(e.g. 

series 

DLMSPM, 

LCBST

). 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Environmental Conditions 

 
The driver core is type tested under the environmental conditions below. 
 

Conditions 

Values (max.) 

Vibration 

Sinusoidal sweep 20Hz … 500Hz, 5g, 26 sweeps per axis (x, y, z) 

-  Tested acc. IEC 68-2-6 

-  Connection between driver core and printed circuit board mechanical reinforced by using support posts. 

Shock 

Half-sinusoidal pulse, 5g, shock width 18ms, 3 shocks in each direction (±x, ±y, ±z), 18 shocks in total 

-  Tested acc. IEC 68-2-27  

-  Connection between driver core and printed circuit board mechanical reinforced by using support posts. 

 

The characteristics and further environmental conditions are indicated in the data sheet. 
 

Please note:

  

The use of agressive materials in cleaning and potting process of driver core may be detrimental for the device parameters. If the driver 
core is coated by the user, any warranty (Gewährleistung) expires. 

Please note:

  

The driver is not suited for hot air reflow or infrared reflow processes. 

SKYPER_32_R_UL-html.html
background image

SKYPER

®

 32 R UL 

 

15 

Rev 0 – 11.08.2010

 

© by SEMIKRON

 

 
 

Marking 

 
Every driver core is marked. The marking contains the following items. 
 

Part Marking Information 

 

 

 

 

1.  SEMIKRON part number (8 digits) + version number (2 digits) 

2.  Date code (4 digits): YYWW 

3.  Continuous number referred to date coce (4 digits) 

4.  Data matrix code 

 
The Data Matrix Code is described as follows: 

  Type: 

EEC 200 

  Standard: 

ICO / IEC 16022 

  Cell size: 

0,254 - 0,3 mm 

  Dimension: 

×

 5 mm 

  The following data is coded: 

         

             

    

    

     

 

XXXXXXXXYY      ZZZZ      VVVV 

     8 digits 

        2 digits 

part number 
version number 

     1 digit 

blank 

     4 digits 

date code 

     1 digit 

blank 

     4 digits 

continuous number 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

DISCLAIMER 

SEMIKRON  reserves  the  right  to  make  changes  without  further  notice  herein  to  improve  reliability,  function  or  design. 
Information furnished in this document is believed to be accurate and reliable. However, no representation or warranty is 
given and no liability is assumed with respect to the accuracy or use of such information. SEMIKRON does not assume 
any  liability  arising  out  of  the  application  or  use  of  any  product  or  circuit  described  herein.  Furthermore,  this  technical 
information may not be considered as an assurance of component characteristics. No warranty or guarantee expressed 
or implied is made regarding delivery, performance or suitability. This document supersedes and replaces all information 
previously supplied and may be superseded by updates without further notice. 

SEMIKRON  products  are  not  authorized  for  use  in  life  support  appliances  and  systems  without  the  express  written 
approval by SEMIKRON. 
 

www.SEMIKRON.com