background image

SKYPER 52 R

© by SEMIKRON

Rev. 7 – 24.02.2011

1

SKYPER

®

Driver Core

IGBT Driver Core

SKYPER 52 R

Target Data

Features

• Digital driver core

• 2 output channels with 9W ouput power 

per channel

• Potential free power supply

• 3,3V and 5V signal interface

• Under voltage lockout

• Interlock logic

• Short circuit detection with intelligent 

smooth shut-down

• Insulated temperature sensor signal 

transmission

• Adaptable error processing

• IEC 60068-1 (climate) 40/085/56, no 

condensation and no dripping water 

permitted, non-corrosive, climate class 

3K3 acc. EN60721

• Coated  with  varnish

• RoHS  compliant

Typical Applications*

• Driver for IGBT modules in bridge 

circuits in industrial application

• DC bus voltage up to 1200V

Footnotes

1) please refer to maximum limit of switching 

frequency curves

2) the isolation test is no series test and must 

be performed by the user

3) according to VDE 0110-20

Isolation coordination in compliance with 

EN50178 PD2

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 staff.

Absolute Maximum Ratings 
Symbol

Conditions

Values

Unit

V

s

Supply voltage primary (tp<20ms, 

repition frequency < 1 Hz)

30

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

50

A

Iout

AVmax

Output average current

300

mA

f

max

Max. switching frequency

100

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

100

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

0.6

R

Goff min

Minimum rating for external R

Goff

0.6

Q

out/pulse

Max. rating for output charge per pulse

100

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

21.6

24

26.4

V

I

SO

Supply current primary (no load)

180

mA

Supply current primary side (max.)

1800

mA

V

i

Input signal voltage on / off

3.3 / 0

V

V

IT+

Input treshold voltage HIGH 

2.3

V

V

IT-

Input threshold voltage (LOW)

1

V

R

IN

Input resistance (switching/HALT 

signal)

5

k

V

G(on)

Turn on output voltage

15

V

V

G(off)

Turn off output voltage

-15

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

µs

t

pERRRESET

Error reset time

µs

t

TD

Top-Bot interlock dead time

0

4.5

µs

C

ps

Coupling capacitance prim sec

35

pF

w

weight

0.16

g

MTBF

10

6

h

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

Technical Explanations 

 

 

 

 

 

Revision 

07 

 

Status: 

preliminary

 

Prepared by: 

Johannes Krapp 

 

This Technical Explanation is valid for the following parts: 

Related Documents: 

part number: 

L50450XX (PCB Nr), L610030XX (Article Nr) 

title: 

Data Sheet SKYPER

®

 52 R 

date code (YYWW): 

≥ 1040 

 

 

 

SKYPER

®

 52 R 

 
1.  Content 
 

1.

 

Content

 .......................................................................................................................................................... 2

 

2.

 

Revision History

 ........................................................................................................................................... 3

 

3.

 

Introduction

 .................................................................................................................................................. 3

 

31.

 

Handling Instructions

 ............................................................................................................................... 3

 

32.

 

Block Diagram

 ........................................................................................................................................... 4

 

33.

 

Mechanical Data

 ........................................................................................................................................ 5

 

4.

 

Pinning

 .......................................................................................................................................................... 6

 

41.

 

Primary SidePIN Array X10, X20

 ............................................................................................................. 6

 

42.

 

Secondary Side PIN Array X100, X101, X200, 201

 ................................................................................. 8

 

5.

 

Primary Side interface

 ............................................................................................................................... 10

 

51.

 

Digital Input Signals

 ...............................................................................................................................10

 

52.

 

Power Supply

 ..........................................................................................................................................11

 

53.

 

Failure Management

 ...............................................................................................................................12

 

54.

 

System Diagnostic Indication by LED

 ..................................................................................................12

 

55.

 

Halt Logic Signal (HLS)

 ..........................................................................................................................14

 

56.

 

Under Voltage Protection (UVP) primary

 .............................................................................................15

 

57.

 

Overfrequency Monitoring (OFM)

 .........................................................................................................15

 

58.

 

Dead Time generation (Interlock high / low side) adjustable (DT)

 ....................................................15

 

6.

 

Seoncdary Side interface

 .......................................................................................................................... 16

 

61.

 

Short Circuit Protection by VCEsat monitoring / de-saturation monitoring (SCP)

 .........................16

 

62.

 

Adjustment of DSCP

 ...............................................................................................................................16

 

63.

 

External Boost Capacitors (BC)

 ............................................................................................................17

 

64.

 

Gate Resistors

 ........................................................................................................................................18

 

65.

 

Gate Clamping

 ........................................................................................................................................18

 

66.

 

Under Voltage Protection secondary

 ...................................................................................................19

 

67.

 

Temperature Sensing

 .............................................................................................................................19

 

68.

 

IntelliOFF

 .................................................................................................................................................20

 

7.

 

Driver Performance

 .................................................................................................................................... 22

 

71.

 

Insulation

 .................................................................................................................................................23

 

72.

 

Isolation Test Voltage

 .............................................................................................................................23

 

73.

 

Environmental Conditions

 .....................................................................................................................23

 

8.

 

Marking

 ....................................................................................................................................................... 24

 

9.

 

Status Definition

 ......................................................................................................................................... 24

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

 

2.  Revision History 
 

Revision 

Date 

Changes 

00 

2008-07-16 

Initial target / advanced technical documentation. 

01 

2008-11-10 

Initial target / advanced technical documentation. Additional chapters 

02 

2009-04-03 

Target / specification of product features 

03 

2009-09-24 

Target/ specification of product features/ temperature sensing 

04 

2010-05-03 

Preliminary/Modification Performance Diagramm/ Dimensions+Drill Sizes/ Update Pinning 

05 

2010-08-20 

Update LED 

06 

2010-09-23 

Update structure, changed boot time, changed failure logic, tolerance of power supply 

07 

2011-02-24 

Update LED, Exchange Slot 7 and 8 

 
 

 
3.  Introduction 

 
The SKYPER 52 driver core constitutes an interface between IGBT module and the controller. This driver core is based on 
fully digital signal processing and provides individual control parameter settings and drives parallel connected.  
 
The  differential  signal  processing  ensures  a  high  level  of  signal  integrity  and  hence  high  noise  rejection.  With  the  digital 
driver  SKYPER  52,  switching  characteristics,  shut  down  levels,  as  well  as  error  processing  can  be  set  to  meet  the  given 
application requirements. This means flexibility with the driver circuitry properties and, consequently,  the control settings for 
the power electronics, which can be adapted to meet the individual needs. If an error is detected, this then means that all of 
the  power  transistors  can  be  switched  off  either  individually  or  sequentially.  Overvoltages,  especially  those  that  occur  in 
short-circuit turn-off conditions, are reduced by the IGBT driver. To do so, the driver switches the power transistor smoothly. 
This is possible by intelligent turn-off control.  
 

SKYPER

®

 52 

 

 

Two output channels with 9W output per channel 

 

Up to 1700V VCE 

 

Integrated potential free power supply for secondary side 

 

Matched propagation delay for all outputs 

 

UVP (primary & secondary), Interlock logic , Halt logic signal 

 

Intelligent smooth turn off 

 

Failure processing with individual adaptation 

 

DC bus voltage up to 1200V 

 

Coated with varnish

 

 

 

31.  Handling Instructions 
 

 

Please provide for static discharge protection during handling. As long as the driver board 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. 

 

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 driver boards are sensitive to over-voltage. Voltages higher than specified level +0,3V or below -0,3V 
may destroy these inputs. Therefore, control signal over-voltages exceeding the above values have to be avoided. 

 

For  design  support  please  read  the  SEMIKRON  Application  Manual  Power  Modules  and  SEMIKRON 
Application Notes available at 

www.SEMIKRON.com

 or consult your responsible sales contact.

 

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_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

 
 

32.  Block Diagram 
 

SKYPER 52 

Primary 

Control

Digital Signal 

Converter

Modem

Modem

Power Supply

Secondary 

Control

High Side

incl. Under 

Voltage 

Protection, 

IntelliOff

Secondary 

Control

Low Side

incl. Under 

Voltage 

Protection, 

IntelliOff

Gate Driver

High Side

Gate Signal 

Converter
High Side

Desat Detect

High Side

Active Gate 

Control / Clamp

Gate Driver

Low Side

Gate Signal 

Converter

Low Side

Active Gate 

Control / Clamp

Desat Detect

Low Side

Temp. Detect

Power Supply

VP

GND

HALT_TX

DIAG_TX

HALT_RX

DIAG_RX

BOT_RX

TOP_RX

R_DEADTIME

ERROROFF_OFF

V3P3

GND

GND

TOP_VCE_IN
TOP_CFG_IN
TOP_CFG_OUT
TOP_GATINGTIME

TOP_GATE_CLMP

TOP_GATE_ON
TOP_GATE_OFF
TOP_GATE_SOFTOFF
TOP_VP
TOP_VN
TOP_GND
TOP_V3P3
TOP_ERROROFF_OFF
TOP_INTELLIOFF
TOP_TEMP_P
TOP_TEMP_N

BOT_CFG_IN
BOT_CFG_OUT
BOT_GATINGTIME

BOT_VCE_IN

BOT_GATE_CLMP

BOT_GATE_OFF
BOT_GATE_SOFTOFF
BOT_VP
BOT_VN

BOT_GATE_ON

BOT_GND

BOT_V3P3
BOT_ERROROFF_OFF
BOT_INTELLIOFF

 

 
 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

33.  Mechanical Data 
 

Dimensions in mm (top view) 

 

 

 

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

Ø 1,1 ±0,05

pad size: min. 1,8

 

 

 

Use of Support Posts 

 

 

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

 

The driver board has got ten holes for supports posts. 

 

Using  support  posts  with  external  screw  thread 
improves mechanical assembly. 

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

 
 

Drill Size in mm 

Ø 

    

X10

X20

X100

X200

X101

X201

3

5

,0

0

X10

X20

X100

X200

X101

X201

3

5

,0

0

±0,2mm unless otherwise noted

X100 

X101 

X201 

X200 

X20 

X10 

3,18 

SKYPER 52

Printed Ciruit Board

Support post 
with external 
screw thread

Hole for 
support post

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

4.  Pinning 
 
41.  Primary SidePIN Array X10, X20 

 

Connector X10, X20 (Male headers soldering technique) 

6

0,635

2,54

 

 

  Grid: 2,54mm 

  Connection type: soldering 

  Surface: selective gold-plated 

  Male cross-section: square 0,635 

 

1

28

           

1

14

 

PIN 

Signal 

Function 

Specification 

X10:01 

ERROROFF_OFF 

Disable shut-down output signal 

LOW (connection to ground) = enable shut-down 
output signal                                                       
HIGH (connection to V3P3) = disable shut-down 
output signal 

X10:02 

VP 

Driver core power supply. Bypass with low 
ESR capacitor and place as close to VP pin 
as possible. 

Supply voltage +24V

DC

 ( 10%) 

X10:03 

GND 

Ground 

 

X10:04 

V3P3 

Reference voltage for ERROROFF_OFF, 
DEADTIME_OFF 

Terminated with 1kΩ 

X10:05 

GND 

Ground 

 

X10:06 

HALT_TX_N 

Differential driver core status output.         
This output pair is the differential status 
signal output from the core.  

Open collector 
output to GND 

U

max

=5,5V; I

max

=10mA                                             

LOW = Ready to operate                                        
HIGH = Not ready to operate 

X10:07 

HALT_TX_P 

Open collector 
output to 3,3V 

X10:08 

GND 

Ground 

 

X10:09 

DIAG_TX_P 

Reserved. Do not connect. 

 

X10:10 

HALT_RX_P 

Differential driver core status input.          
This input pair (HALT_RX_P, HALT_RX_N) 
is the differential status signal input to the 
core. 

Digital 3,3/5V logic                                                                                                   
LOW = enable driver core                                    
HIGH = disable driver core 

X10:11 

DIAG_RX_P 

Reserved. Do not connect. 

 

X10:12 

BOT_RX_P 

Differential switching signal input low side. 
This input pair (BOT_RX_P, BOT_RX_N) is 
the differential signal input to the core. 

Digital 3,3/5V logic                                                  
LOW =  low side transistor off                                 
HIGH = low side transistor on                                              

X10:13 

TOP_RX_P 

Differential switching signal input high side. 
This input pair (TOP_RX_P, TOP_RX_N) is 
the differential signal input to the core. 

Digital 3,3/5V logic                                                   
LOW =  high side transistor off                                 
HIGH = high side transistor on                                              

X10:14 

GND 

Ground 

 

X10:15 

GND 

Ground 

 

X10:16 

TOP_RX_N 

Differential switching signal input high side. 
This input pair (TOP_RX_P, TOP_RX_N) is 
the differential signal input to the core. 

Digital 3,3/5V logic                                                   
LOW =  high side transistor on                                 
HIGH = high side transistor off                                                     

X10:17 

BOT_RX_N 

Differential switching signal input low side. 
This input pair (BOT_RX_P, BOT_RX_N) is 
the differential signal input to the core. 

Digital 3,3/5V logic                                                  
LOW =  low side transistor on                                 
HIGH = low side transistor off 

X10:18 

DIAG_RX_N 

Reserved. Do not connect. 

 

X10:19 

HALT_RX_N 

Differential driver core status input.          
This input pair (HALT_RX_P, HALT_RX_N) 
is the differential status signal input to the 
core. 

Digital 3,3/5V logic  

LOW = disable driver core                                    
HIGH = enable driver core 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

X10:20 

DIAG_TX_N 

Reserved. Do not connect. 

                

X10:21 

GND 

Ground 

 

X10:22 

GND 

Ground 

 

X10:23 

R_DEADTIME 

Adjustment of locking time.  

External resistor to ground. 

X10:24 

GND 

Ground 

 

X10:25 

V3P3 

Reference voltage for ERROROFF_OFF, 
DEADTIME_OFF 

Terminated with 1kΩ 

X10:26 

GND 

Ground 

 

X10:27 

VP 

Driver core power supply. Bypass with low 
ESR capacitor and place as close to VP pin 
as possible. 

Supply voltage +24V

DC

 ( 10%) 

X10:28 

DEADTIME_OFF 

Disable interlock logic. 

LOW (connection to ground) = enable interlock logic                                                       
HIGH (connection to V3P3)  = disable interlock logic 

X20:01 ~ 
X20:14 

GND 

Ground 

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

 

42.  Secondary Side PIN Array X100, X101, X200, 201 

 

Connector X100, X101, X200, X201 (Male headers soldering technique) 

6

0,635

2,54

 

 

  Grid: 2,54mm 

  Connection type: soldering 

  Surface: selective gold-plated 

  Male cross-section: square 0,635 

 

1

14

 

 

PIN 

Signal 

Function 

Specification 

X100:01 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X100:02 

TOP_GATE_SOFTOFF 

Control input for smooth shut-down 
setting (high side) 

External resistor to gate (high side) 

X100:03 

TOP_VN 

Output power supply for external boost 
capacitors (high side) 

Typ. -15V; Max. -18V 

X100:04 

TOP_GATE_OFF 

Switch off signal high side transistor 

Connection to gate (high side) 

X100:05 

TOP_VP 

Output power supply for external boost 
capacitors (high side) 

Typ. -+15V; Max. +18V 

X100:06 

TOP_GATE_ON 

Switch on signal high side transistor 

Connection to gate (high side) 

X100:07 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X100:08 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X100:09 

TOP_GATE_ON 

Switch on signal high side transistor 

Connection to gate (high side) 

X100:10 

TOP_VP 

Output power supply for external boost 
capacitors (high side) 

Typ. +15V; Max. +18V 

X100:11 

TOP_GATE_OFF 

Switch off signal high side transistor 

Connection to gate (high side) 

X100:12 

TOP_VN 

Output power supply for external boost 
capacitors (high side) 

Typ. -15V; Max. -18V 

X100:13 

TOP_GATE_SOFTOFF 

Control input for smooth shut-down 
setting (high side) 

External resistor to gate (high side) 

X100:14 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X101:01 

TOP_GATE_CLMP 

Gate voltage clamping (high side) 

 

X101:02 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X101:03 

TOP_ERROROFF_OFF 

Disable shut-down output signal 

LOW (connection to ground) = enable shut-down 
output signal                                                       
HIGH (connection to TOP_V3P3) = disable shut-
down output signal 

X101:04 

TOP_INTELLIOFF 

Intelligent shut-down setting (high side) 

External resistor to ground 

X101:05 

TOP_V3P3 

Reference voltage for 
TOP_ERROROFF_OFF 

Terminated with 1kΩ 

X101:06 

TOP_TEMP_P 

Temperature sensor positive input 

Temperature dependent resistor between 
TOP_TEMP_P and TOP_TEMP_N; R

TEMP

<430Ω  

 

General error input 

Generic failure input. Pull up resistor 511Ω 

Failure -> over 1,5V 

No failure -> under 1,5V 

X101:07 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X101:08 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

X101:09 

TOP_TEMP_N 

Temperature sensor negative input 

Connected to ground 

X101:10 

TOP_GATINGTIME 

Blanking time setting of short circuit 
detection (high side) 

External resistor to ground 

X101:11 

TOP_VCE_CFG_IN 

Threshold voltage setting of short circuit 
detection (high side) 

Resistor between TOP_VCE_CFG_IN and 
TOP_VCE_CFG_OUT 

X101:12 

TOP_VCE_CFG_OUT 

X101:13 

TOP_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (high side) 

X101:14 

TOP_VCE_IN 

Input short circuit detection (high side) 

Connected to auxiliary collector (high side) 

X200:01 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X200:02 

BOT_GATE_ON 

Switch on signal low side transistor 

Connection to gate (low side) 

X200:03 

BOT_VP 

Output power supply for external boost 
capacitors (low side) 

Typ. +15V; Max. +18V 

X200:04 

BOT_GATE_OFF 

Switch off signal high side transistor 

Connection to gate (low side) 

X200:05 

BOT_VN 

Output power supply for external boost 
capacitors (low side) 

Typ. -15V; Max. -18V 

X200:06 

BOT_GATE_SOFTOFF 

Control input for smooth shut-down 
setting (low side) 

External resistor to gate (low side) 

X200:07 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X200:08 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X200:09 

BOT_GATE_SOFTOFF 

Control input for smooth shut-down 
setting (low side) 

External resistor to gate (low side) 

X200:10 

BOT_VN 

Output power supply for external boost 
capacitors (low side) 

Typ. -15V; Max. -18V 

X200:11 

BOT_GATE_OFF 

Switch off signal high side transistor 

Connection to gate (low side) 

X200:12 

BOT_VP 

Output power supply for external boost 
capacitors (low side) 

Typ. +15V; Max. -18V 

X200:13 

BOT_GATE_ON 

Switch on signal low side transistor 

Connection to gate (low side) 

X200:14 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X201:01 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X201:02 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X201:03 

BOT_V3P3 

Reference voltage for 
BOT_ERROROFF_OFF 

Terminated with 1kΩ 

X201:04 

BOT_INTELLIOFF 

Intelligent shut-down setting (low side) 

External resistor to ground 

X201:05 

BOT_ERROROFF_OFF 

Disable shut-down output signal 

LOW (connection to ground) = enable shut-down 
output signal                                                       
HIGH (connection to BOT_V3P3) = disable shut-
down output signal 

X201:06 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X201:07 

BOT_GATE_CLMP 

Gate voltage clamping (low side) 

 

X201:08 

BOT_VCE_IN 

Input short circuit detection (low side) 

Connected to auxiliary collector (low side) 

X201:09 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X201:10 

BOT_VCE_CFG_OUT 

Threshold voltage setting of short circuit 
detection (high side) 

Resistor between BOT_VCE_CFG_IN and 
BOT_VCE_CFG_OUT 

X201:11 

BOT_VCE_CFG_IN 

X201:12 

BOT_GATINGTIME 

Blanking time setting of short circuit 
detection (low side) 

External resistor to ground 

X201:13 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

X201:14 

BOT_GND 

Ground for power supply 

Connection to emitter (low side) 

 

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

10 

5.  Primary Side interface 
 

The ground potentials on the driver board are equal and all physically connected with each other on the printed circuit board. 
Because of the voltage drop on the power supply cable, the potential of power supply ground at  the user side is different to 
the ground potential on the driver board.  
 

 

 

 
 
51.  Digital Input Signals 

 
The signal inputs for high side and low side are compatible with 3.3V and 5V I/O standards. This means that the driver circuit 
can be directly connected to standard logic outputs of microcontroller or DSP without additional level shifting. To obtain high 
performance and reliable signal transmission in a power electronic environment, differential signalling is used for the inputs. 

 

 
 
 
 

Application Example - Connection µC / DSP with User Interface 

 

User Side

TOP_RX_P

TOP_RX_N

PWM INPUT TOP

(from controller)

1

K

1

K

1

K

1

K

BOT_RX_P

BOT_RX_N

PWM INPUT BOT

(from controller)

1

K

1

K

1

K

1

K

SKYPER 52 R

4,75K

4,75K

4,75K

4,75K

 

 
 
 
 
 

 

 
 
 

 
The  application  example  shows  a  circuit  in  push-pull 
configuration for high and lows side input.  
 
The termination resistors are ~5k ohm.  
 
To  simplify  the  interface  with  less  EMC  robustness 
following circuit can be used for standard PWM: 
 
 

User Side

TOP_RX_P

TOP_RX_N

PWM INPUT TOP

(from controller)

BOT_RX_P

BOT_RX_N

PWM INPUT BOT

(from controller)

 

 
To  increase  the  EMC  robustness  following  circuit  with 
differential  signals  coming  out  of  the  controller  can  be 
used: 
 

User Side

TOP_RX_P

TOP_RX_N

PWM INPUT TOP

(from controller)

PWM INPUT TOP

(from controller)

SKYPER 52 R

BOT_RX_P

BOT_RX_N

PWM INPUT BOT

(from controller)

PWM INPUT BOT

(from controller)

 

Please note:

  

It is not permitted to apply switching pulses shorter than 2µs. 

Please note:

  

Do not remove the plug with applied voltage of the power supply. This can lead to unspecified voltage levels at the output stages of the 
driver board with the risk of destructions. 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

11 

 

52.  Power Supply 

 

A few basic rules should be followed when dimensioning the user side power supply for the driver board. 

The following table 

shows the required features of an appropriate power supply.

 

 

Requirements of the auxiliary power supply 

 

Power supply 

+24V ±10% 

Maximum rise time of auxiliary power supply 

50ms 

Minimum peak current of auxiliary supply 

1,5A 

Power on reset completed after (typ.) 

3s 

 

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. 
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  board  is  ready  for  operation  typically  3s  after  turning  on  the  supply  voltage.  The  driver  status  signal  HALT_RX 
and HALT_TX is operational after this time. Without any error present, the HALT_TX signal will be reset. 
To assure a high level of system safety the high and low side, signal inputs should stay in a defined state (OFF state) during 
driver turn-on time. Only after the end of the power-on-reset, IGBT operation shall be permitted. 

 
 
 

Connection of Stabilizing Capacitor 

 

User Side

VP

GND

C

VP

+24V

 

 

VP should be additionally stabilized by low ESR capacitor C

VP

. This 

capacitor has to be placed as close to VP pins as possible. 

 

Dimension of CVP: 

C

VP

 > 200   C

ies

  

C

ies

  is  the  input  capacitance  of  connected  power  semiconductor 

(see power semiconductor data sheet). 

 

C

VP

 should be minimum 220µF/100V.  

 

Please note:

  

Do  not  apply  switching 
signals  during  power  on 
reset. 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

12 

 
53.  Failure Management  

 
A failure caused by under voltage protection (primary and secondary),  critical frequency monitoring, short circuit protection 
or temperature protection will force HALT_TX into LOW state (not ready to operate) and set the error latch. The IGBTs will 
be  switched  off  (IGBT  driving  signals  set  to  LOW)  and  switching  pulses  from  the  controller  will  be  not  transferred  to  the 
output stage. At the same time an internal timer with a time constant of 20s is started. If no failure is present anymore, a time 
of minimum 20s after failure detection is passed, the driver board is ready to operate and switching signals are transferred to 
the output stage again. 
 
The  shut-down  of  all  connected  IGBTs  in  case  of  detected  failure  event  can  be  disabled  by  using  the  ERROROFF_OFF 
function. If this function is activated, a detected failure is indicated at HALT_TX. The shut-down has to be forced by the user. 
 

Failure management by controller: Enabling ERROROFF_OFF 

Failure management by driver 

User Side

ERROROFF_OFF

V3P3

User Side

TOP_ERROROFF_OFF

TOP_V3P3

BOT_ERROROFF_OFF

BOT_V3P3

 

 
If 

the 

shut-down 

should 

be 

forced 

by 

the 

driver, 

ERROROFF_OFF 

must 

be 

connected 

to 

GND, 

TOP_ERROROFF_OFF  must  be  connected  to  TOP_GND  and 
BOT_ERROROFF_OFF must be connected to BOT_GND. 

 

 

 

 
 

 
 
54.  System Diagnostic Indication by LED 

 
The system status during system power on, normal operation or failure event are illuminated by three tri-colours LEDs (LED 
0 (V12) on primary side, LED 1 (V105) on secondary side for high side switch, LED 2 (V205) on secondary side for low side 
switch) on the driver board. The LEDs indicate the following conditions. 
 
 

Diagnostic Code 

– System Start

 

 

LED 0 (V12) 

Description 

green, flashes 

System is starting and checking supply voltages. 

red, flashes 

Supply voltage < V

s

 min. 

yellow, flashes 

Failure during system start. Automatic restart after 10 seconds and V

s

 > threshold level for reset. 

 

LED 1 (V105), LED 2 (V205) 

Description 

yellow, flashes 

System is starting and waiting for configuration of secondary side. 

    

 

Diagnostic Code 

– Normal Operation

 

 

LED 0 (V12) 

Description 

green, steady on 

System is working. No system failures occur since last system start. 

 

LED 1 (V105), LED 2 (V205) 

Description 

green, steady on 

System is working. No system failures occur since last system start. 

   

Please note:

  

With  activating  the  ERROROFF_OFF  function,  the  user  is 
responsible for protection shut-down of the IGBTs. 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

13 

 

Diagnostic Code 

– Failure Type Indication after Failure Event on Primary Side 

LED  0  (V12)  is  illuminating  ten  flashes  with  a  frequency  of  1Hz.  After  no  illumination  for  three  seconds,  the  flashing  sequence  is 
repeated. The failure indication is illuminated until the driver is rebooted (turn-off of internal power supply). 

Examples for LED 0 (V12): 

Flashing sequence 

Description 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Failure caused by critical oscillation of input signal is present. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Failure caused by under voltage supply, but is not present anymore. 

 

LED 0 (V12) 

Flash 1 

Flash 2 

Flash 3 

Flash 4 

Flash 5 

Status HALT signal from 

customer 

Status oscillation 

failure (>100kHz) 

Failure of signal 

transmission sec to 

prim 

Failure secondary 

side 

Under voltage supply 

Flash 6 

Flash 7 

Flash 8 

Flash 9 

Flash 10 

Status Short circuit or 

internal supply under 

voltage 

Over current at 

primary power 

supply 

Overvoltage at 

generic Analogue 

input (High Side) 

Switching Signal 

TOP/BOT while 

system is resetting 

Internal Error 

 

 

 

 

 

LED 0 (V12) 

(colour of the flash)

 

Description

  

green 

OK. No failure. 

yellow 

Failure was occurred, but failure is not present anymore. 

red 

Failure is present. 

 

 

 

 

 

 

 

Diagnostic Code 

– Failure Type Indication after Failure Event on Secondary Side 

LED  1  (V105)  and  LED  2  (V205)  are  illuminating  five  flashes  with  a  frequency  of  1Hz.  After  no  illumination  for  three  seconds,  the 
flashing  sequence  is  repeated.  The  failure  indication  is  illuminated  until  reconfiguration  of  the  secondary  side  (turn-off  of  internal 
power supply). 

Examples for LED 1 (V105), LED 2 (V205): 

Flashing sequence 

Description 

 

 

 

 

 

Failure caused by under voltage +15V is present. 
 

 

 

 

 

 

Failure caused by under voltage -15V happened, but is not present anymore. 
 

 

LED 1 (V105), LED 2 (V205) 

 

flash 1 

flash 2 

flash 3 

flash 4 

flash 5 

Short circuit of IGBT 

Status failure of power 

supply 

Status under voltage 

+15V 

Status under voltage  

-15V 

Internal Error 

 

 

 

 

 

LED 1 (V105), LED 2 (V205) 

(colour of the flash)

 

Description

 

green 

OK. No failure. 

yellow 

Failure was occurred, but failure is not present anymore. 

red 

Failure is present. 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

14 

55.  Halt Logic Signal (HLS) 

 
The Halt Logic Signals HALT_RX and HALT_TX show and control the drive core status. The driver core is placed into halt 
mode  by  setting  HALT_RX_P  (reference  to  HALT_RX_N)  into  HIGH  state  (disable  driver).  This  signal  can  gather  disable 
signals of other hardware components for stopping operation and switching off the IGBT. A HIGH signal will set the driver 
core  into  HOLD  and  switching  pulses  from  the  controller  will  be  not  transferred  to  the  output  stage.  The  input  and  output 
have differential characteristic. Pull up and open collector output stages must not be used.  
 

Halt Logic Signal Table 

 

 

 

Ready state 

Failure detection by driver 

Failure detection by 

controller 

Differential HALT 
Status Output 

HALT_TX_N 
HALT_TX_P 

HALT_TX_N: open 
HALT_TX_P: open 

HALT_TX_N: 0V 

HALT_TX_P: 3,3V 

HALT_TX_N: open 
HALT_TX_P: open 

Differential HALT 
Enable/Disable Input 

Difference of 
HALT_RX_P and 
HALT_RX_N 

HALT_RX_P higher level 

than HALT_RX_N  

-> Enable 

xx 

HALT_RX_P lower level 

than HALT_RX_N  

-> Disable 

 

 
 
 

 

 

Application example HALT TX -> Failure Output 

 

 

 

To  simplify  the  error  output  following  interface  can 
be used (15V No FailureError/ 0V Failure): 

 

 

Application example HALT RX -> Failure Input 

 

  

 

To  simplify  the  error  output  following  interface  can 
be used: 

 

 
 

Please note:

  

A HIGH signal @ HALT_RX_P (reference to HALT_RX_N) does not generate a HIGH signal @ HALT_TX. After 3s of LOW signal @ 
HALT_RX_P (reference to HALT_RX_N) the gate driver is enabled to operate. 

HALT_RX_P

HALT_RX_N

PWM INPUT BOT

(from controller)

User Side

SKYPER 52 R

User Side

HALT_RX_P

HALT_RX_N

HALT_Input

(from controller)

1

K

1

K

1

K

1

K

SKYPER 52 R

4,75K

4,75K

HALT_TX_P

HALT_TX_N

OUTPUT STATUS

User Side

SKYPER 52 R

3.3V

15V

4

,7

5

K

HALT_TX_P

HALT_TX_N

OUTPUT STATUS

User Side

SKYPER 52 R

3.3V

Failure: Switches are conductive

No Failure: Switches are open

4

,7

5

K

4

,7

5

K

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

15 

56.  Under Voltage Protection (UVP) primary 

 

Signal Characteristics 

typ. 

Under voltage protection trip level 

16V 

Threshold level for reset after failure event 

18V 

 

If the internally detected supply voltage of the driver board falls below this level, the IGBTs will be switched off (IGBT driving 
signals  set  to  LOW)  and  the  failure  signal  is  present.  The  system  restarts  after  20  seconds  and,  if  the  supply  voltage  is 
higher than threshold level for reset after failure event. 

 
57.  Overfrequency Monitoring (OFM) 

 
This  circuit  monitors  oscillation  at  the  digital  inputs. 

If  the  switching  frequency  is  >  100kHz,  the  IGBTs  will  be  switched  off 

(IGBT driving signals set to LOW). The system restarts after 20 seconds and, if applied switching frequency is < 100kHz. 

 
58.  Dead Time generation (Interlock high / low side) adjustable (DT) 

 
The  dead  time  circuit  prevents,  that  high  and  low  side  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 

 

TOP_RX (LOW)

TOP_RX (HIGH)

TOP_GATE_ON

BOT_RX (HIGH)

BOT_RX (LOW)

TOP_GATE_OFF

BOT_GATE_ON

BOT_GATE_OFF

t

d(on;off)IO

t

TD

 

 

  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). 

 

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

time. 

 

  No  error  message  will  be  generated  when  overlap  of  switching 

signals occurs. 

 
 

 

Adjustment of Dead time / Neutralizing Locking Functions 

Application Example (t

TD

 = 3,0µs) 

 

Interlock time    

[µs] 

R_DEADTIME 

DEADTIME_OFF 

1,0 

R

TD 

= 0

Ω 

GND 

1,5 

R

TD 

= 100

Ω 

GND 

2,0 

R

TD 

= 220

Ω 

GND 

2,5 

R

TD 

= 470

Ω 

GND 

3,0 

R

TD

 

= 1kΩ 

GND 

3,5 

R

TD 

= 2,2k

Ω 

GND 

4,0 

R

TD 

= 4,7k

Ω 

GND 

4,5 

R

TD 

= 10k

Ω 

GND 

no interlock 

open 

V3P3 

 

 

 

 

User Side

R_DEADTIME

GND

R

TD

V3P3

DEADTIME_OFF

1k

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Please note:

  

The  dead  time  has  to  be  longer  than  the  turn-off  delay  time  of  the  IGBT  in  any  case.  This  is  to  avoid  that  one  IGBT  is  turned  on 
before the other one is not completely discharged. If the dead time is too short, the heat generated by the short circuit current may 
destroy the module in the event of a short circuit in top or bottom arm. 

The  average  output current  is  available at  each  output channel.  It is  not  possible to  interconnect  the  output  channels to  achieve  a 
higher average output current by neutralizing the locking function.  

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

16 

6.  Seoncdary Side interface 
 
61.  Short Circuit Protection by VCEsat monitoring / de-saturation monitoring (SCP) 

 
The SCP 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 SCP circuit switches off the IGBTs and an error is 

indicated.  
After t

bl

 has passed, the de-saturation monitoring will be triggered as soon as   V

CE

 > V

CEstat

 and will turn off the IGBT and the 

failure  mode  is  active.  The  blanking  time  (t

bl

)  and  the  collector-emitter  threshold  static  monitoring  voltage  (V

CEstat

)  may  be 

controlled by external resistors R

GATINGTIME

 and R

CE

. Possible failure modes are shows in the following pictures. 

 

Short circuit during operation 

Turn on of IGBT too slow * 

Short circuit during turn on 

V

t

V

CEstat

V

CEsat

V

CE

turn on instant 
gate voltage

t

bl

 

V

t

V

CEstat

V

CEsat

V

CE

turn on instant 
gate voltage

t

bl

 

V

t

V

CEstat

V

CEsat

V

CE

turn on instant 
gate voltage

t

bl

 

* or adjusted blanking time too short 

 

62.  Adjustment of DSCP 

 
The external components R

CE

 and R

GATINGTIME

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

 

Connection RCE and RGATINGTIME 

Dimensioning of RCE and RGATINGTIME 

User Side

TOP_GND

TOP_VCE_CFG_IN

TOP_VCE_CFG_OUT

TOP_GATINGTIME

R

CE

R

GATINGTIME

BOT_GND

BOT_VCE_CFG_IN

BOT_VCE_CFG_OUT

BOT_GATINGTIME

R

CE

R

GATINGTIME

 

 
 

1221

V

801

,

21

V

309

,

2

V

1000

R

CEstat

CE

 

  

Blanking time   

[µs] 

R

GATINGTIME

 

[

Ω] 

10k 

4,7k 

2,2k 

1k 

470 

220 

100 

10 

 

 

 

V

CEstat

Collector-emitter threshold static monitoring voltage 

t

bl

  Blanking time 

V

CEstat_max

 = 10,5V 

 

Please Note:  

The  equations  are  calculated  not  considering  the  forward  voltage  of  the  high 
voltage  diode  (~1,5V).  The  calculated  values  V

CEstat

  and  t

bl

  are  typical  values  at 

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

CE

,  R

GATINGTIME

).  The  DSCP  function  is  not  recommended 

for over current protection. 
 
If the SCP function is not used, for example during the experimental phase, 
TOP_VCE_IN must be connected with TOP_GND for disabling SCP @ high side 
and BOT_VCE_IN must be connected with BOT_GND for disabling SCP @ low 
side. Please consider that no protection will be anymore available 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

17 

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 

User Side

R

CE

TOP_VCE_CFG_IN

TOP_VCE_CFG_OUT

TOP_GND

Load

High Side

Low Side

TOP_VCE_IN

BY203/20S

TOP_GATINGTIME

R

GATINGTIME

R

CE

BOT_VCE_CFG_IN

BOT_VCE_CFG_OUT

BOT_GND

BOT_VCE_IN

BOT_GATINGTIME

BY203/20S

R

GATINGTIME

 

 

  Reverse blocking voltage of the diode shall be higher than the 

blocking voltage of the used IGBT. 

 

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

d(off)

 

of the used IGBT. 

 

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

(T

j

=25°C). 

 
 
 

 

63.  External Boost Capacitors (BC) 
 

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

Connection External Boost Capacitors 

Dimensioning of C

boost

 

TOP_VP

TOP_GND

User Side

TOP_VP

TOP_VN

TOP_VN

C

boostVP

C

boostVN

BOT_VP

BOT_GND

BOT_VP

BOT_VN

BOT_VN

C

boostVP

C

boostVN

 

 
If the required gate charge is > 5µC, additional boost capacitor has 
to be used.  
 

  C

boostVP 

 = 5

 

× C

ies

 

 

  C

boostVN

  = 5

 

× C

ies

 

 

  C

ies

 is the input capacitance of connected power semiconductor 

 

  Minimum rated voltage C

boostVP

: 25V 

 

  Minimum rated voltage C

boostVN

: 25V 

 

  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. 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

18 

 

64.  Gate Resistors 

 
The  output  transistors  of  the  driver  are  MOSFETs.  The  drains  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 

User Side

BOT_GATE_ON

TOP_GATE_ON

TOP_GND

BOT_GND

BOT_GND

TOP_GATE_OFF

BOT_GATE_OFF

R

Gon

R

Goff

R

GE

R

Gon

R

Goff

R

GE

Load

TOP

BOT

10K

10K

 

 
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. 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

65.  Gate Clamping 

 
By using an external Schottky diode, the voltage at the gate can be limited in case of turned off driver. 

 

Connection Clamping Diode 

 

User Side

BOT_GATE_ON

TOP_GATE_ON

TOP_GND

BOT_GND

BOT_GND

TOP_GATE_OFF

BOT_GATE_OFF

R

Gon

R

Goff

R

GE

R

Gon

R

Goff

R

GE

Load

TOP

BOT

10K

10K

TOP_GATE_CLMP

BOT_GATE_CLMP

 

Application hint:

  

For  futher  design support,  please  read  the  Application  Note AN-7002 
"Connection  of  Gate  Drivers  to  IGBT  and  Controller". The  application 
note  is  available  on  Driver  Electronics  product  page  at 

www.SEMIKRON.com

. 

 

Please note:

  

Do not connect the terminals TOP_GATE_ON with TOP_GATE_OFF and BOT_GATE_ON with BOT_GATE_OFF, respectively.

 

Application hint:

  

For  futher  design  support,  please  read  the  Application  Note  AN-7003  "Gate  Resistior 

– Principles and Applications". The application 

note is available on Driver Electronics product page at 

www.SEMIKRON.com

. 

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

19 

66.  Under Voltage Protection secondary  

 
This function monitors the rectified voltage on the secondary side. The table below gives an overview of the trip level.  

 

Signal Characteristics 

typ. 

Under voltage protection trip level +15V 

11V 

Threshold level for reset after failure event +15V 

13V 

Under voltage protection trip level -15V 

-11V 

Threshold level for reset after failure event -15V 

-13V 

 

67.  Temperature Sensing 

 

TOP_TEMP_P can be used for external fault signals from e. g. over current protection circuit or over temperature protection 
circuit to place the gate driver into halt mode. Failure is detected when voltage gets over 1,5V. TOP_TEMP_P has to be 
connected with ground. 
 

Trip level

 

Failure 

>1,5V 

No failure 

<1,5V 

 
 
 

Application Example for Temperature Sensor 

 

To realise temperature sensing a 
temperature dependent resistor can 
be connected to TOP_TEMP_P. 
Trip level is set at 430

Ω. 

To adapt 

temperature range to customer’s 
temperature sensor following circuit 
can be used. 
 
 
Disabling of this function can be 
achieved by connection to Ground. 
 
You can find an application 
example for NTC and PTC sensors. 

 

 

 

 

 

SKYPER 52 R

Adaption circuit for Temp Sensors

TOP_TEMP_P

TOP_TEMP_N

-

+

15k

+15V

PTC

120k

Ω @ 150°C

15k

Adaption of Trip Level: R

temp

1

µ

F

1

µ

F

TOP_TEMP_P

TOP_TEMP_N

-

+

15k

+15V

NTC

15k

1

µ

F

1

µ

F

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

20 

V

G

(t)

V

GE

(t)

I

G

(t)

I

C

(t)

V

CE

(t)

0

0

0

0

V

G+

V

GE(pl)

V

G+

V

GE(th)

V

CC

t

t

t

t

V

CEsat

t0

t1

Miller plateau

t2

discharging 
C

GC

discharging 
C

GE

 and C

GC

I

0

V

G-

V

G-

t3

Voltage peak caused 
by stray inductances

 

68.  IntelliOFF 

 
An intelligent turn-off feature has been implemented in order to avoid critical voltage spikes at the IGBT pins during turn-off 
procedure. This feature can turn-off the IGBT in a shorter time without generating dangerous voltage spikes, if used 
appropriately. Following diagrams demonstrate gate capacitor discharging and time dependant voltage and current traces. 
 
 

 
 
After initiating the turn-off procedure the driver switches gate voltage to -15V. The discharging procedure of the gate-
collector capacitor C

GC

 and gate-emitter capacitor C

GE

 starts immediately and the gate current rises to its negative maximum 

(period t0). Because of the miller effect the V

GE

 remains at higher level for a while. IntelliOFF functionality of SKYPER 52 

shortens the time frame until end of t1 switching the R

OFF

 resistor and R

SOFTOFF

 resistor parallel to accelerate the discharging 

of C

GE

 and C

GC

 without having a significant effect on the level of V

CE

 (period t0 and t1). During the period t2 SKYPER 52 

switches back to R

SOFTOFF

 resistor only and discharging continues without parallel connection of R

OFF

 resistor to reduce the 

discharging speed. This avoids voltage spikes at IGBT pins because of the high response capability of V

CE

 and I

C

 to V

GE

 

decrease. After passing the critical time frame t2 SKYPER 52 again establishes the parallel connection of R

OFF

 resistor and 

R

SOFTOFF

 resistor to achieve the secure OFF state of the IGBT (period t3). The length of the time period will be determined by 

the R

INTELLIOFF

 connected between SKYPER 52 pin and ground.  

 

 

Gate Turn-Off Current 

Gate Turn-Off Voltage and Current Diagrams 

 

 

 

C

GC

I

GC

I

GE

C

GE

I

G

V

CC

R

G

Gate 
Driver 
Circuit

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

21 

User Side

R

ON

R

OFF

R

SOFTOFF

TOP_GATE_ON

TOP_GATE_OFF

TOP_GATE_SOFTOFF

TOP_INTELLIOFF

R

INTELLITOFF

BOT_GATE_ON

BOT_GATE_OFF

BOT_GATE_SOFTOFF

BOT_INTELLIOFF

R

ON

R

OFF

R

SOFTOFF

R

INTELLITOFF

SKYPER 52

t

TOP_ON

BOTTOM_ON

ON

OFF

ON

OFF

IntelliOFF

IntelliOFF

ON

OFF

TOP_SOFTOFF

BOTTOM_SOFTOFF

TOP_OFF

BOTTOM_OFF

 

R

ON

, R

OFF

, R

SOFTOFF

 and R

INTELLIOFF

 Connections 

Resistor R

INTELLIOFF

 Characteristics 

 

 

The  resistor  R

INTELLIOFF

  connected  to  ground  determines  the 

time  constant  for  connection  of  the  regular  R

OFF

  resistor 

parallel to R

SOFTOFF

 resistor.  

Possible values are: 

 

Resistor R

INTELLIOFF

 [

Ω] 

t

IntelliOFF

 

[μs] 

2.33 

100 

2.00 

220 

1.67 

470 

1.33 

1000 

0.67 

2200 

0.67 

4700 

0.33 

10,000 

no IntelliOff 

 

error 

 

For timings see diagram below 

 
 

R

ON

, R

OFF

, R

SOFTOFF

 and R

INTELLIOFF  

Timings 

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

22 

 

7.  Driver Performance 
 

The  driver  is  designed  for  application  with  half  bridges  or  single  modules  and  a  maximum  gate  charge  per  pulse 
< 100µC. 

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  -15V.  Therefore,  the  gate  voltage  will  change  by  30V  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 +30V 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 equations  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

20 kHz

40 kHz

60 kHz

80 kHz

100 kHz

1 µC

10 µC

100 µC

gate charge

swi

tch

in

g

 fr

eq

u

en

cy

 

Calculation Average Output Current 

Total 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

50 mA

100 mA

150 mA

200 mA

250 mA

300 mA

350 mA

0 °C

10 °C

20 °C

30 °C

40 °C

50 °C

60 °C

70 °C

80 °C

90 °C

ambient temperature

average ou

tp

u

cu

rr

en

t

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Please note:

  

The average output current per output channel is 300mA. The maximum value of the switching frequency is limited to 100kHz due to 
switching reasons. 

 

GE

max

AV

max

Q

Iout

f

Application hint:

  

For  futher  design  support,  please  read  the  Application  Note  AN-7004  "IGBT  Driver  Calculation".  The  application  note  is  available on 
Driver Electronics product page at 

www.SEMIKRON.com

. 

 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

23 

71.  Insulation 

 

Magnetic transformers are used for insulation between gate driver primary and secondary side. The transformer set consists 
of  pulse  transformers  which  are  used  for  turn-on  and  turn-off  signals  of  the  IGBT  and  the  signal  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 (high and low) sides of the driver. Thus, external transformers for power supply are 
not required. 

  

Creepage and Clearance Distance in mm 

 

Secondary to secondary 

Min. 7,2 

Primary to secondary 

Min. 18,0 

 

72.  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  will  be  ensured  by  the  isolation  barrier  (transformer)  that  is  checked  in  the  part.  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.   

 

73.  Environmental Conditions 

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

Conditions 

Values (max.) 

Thermal Cycling 

100 cycle, T

stg(max)

 - T

stg(min)

, without operation 

Tested acc. IEC 60068-2-14 Test Na 

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 15g, 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. 

Temperature humidity 

40/085/56 (+40°C, 85% RH, 56h) 

Tested acc. IEC 60068-1 (climate) 

Climate class 3K3 

Fast transients (Burst) 

Power terminals: 4kV / 5kHz 

Control terminals: 4kV / 5kHz 

Tested acc. EN 61000-4-4 

Electrostatic discharge 
(ESD) 

Contact discharge: 6kV 

Air discharge: 8kV 

Tested acc. EN 61000-4-2 

Radio Frequency Fields 

Electrical field: 7,5V/m 

Polarisation: vertical + horizontal 

Frequency: 80 MHz - 1000 MHz 

Modulation: 80% AM, 1kHz 

Tested acc. EN 61000-4-3 

RF Conducted 
Disturbance 

Voltage: 10V EMF 

Frequency: 150 kHz - 80 MHz 

Modulation: 80 % AM, 1kHz 

Tested acc. EN 61000-4-6 

 

SKYPER_52_R-html.html
background image

SKYPER

®

 52 R

 

 

 

2011-02-24 

– Rev07

 

© by SEMIKRON

 

 

24 

 

8.  Marking 

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

Part marking information 

 
 
 
 
 
 
 

 

 2D data matrix code 

  Type: EEC 200 

  Standard: ICO / IEC 16022 

  Cell size: 0.254 

– 0.3 mm 

  Dimension: 5 x 5 mm 

 

 Data in plain text 

  XXXXXXXX 8 digits part number (e.g. L5022001) 

  YY 

2 digits version number (e. g. NF) 

  ZZZZ 4 digits date code (e.g. 0440 = year + week) 

  VVVV 4 digits continuous lot number 

  U 

1 digit country code 

  TTTTT 5 digits account number (e.g. 54229) 

 

 

9.  Status Definition 
 

Data Sheet Status 

Product Status 

Definition 

Target 

Formative or in design 

The  data  sheet  and  technical  explanations  contain  advanced  information  or  the 
design  specifications  for  product  development.  Specifications  may  change  in  any 
manner without notice. 

Preliminary 

First production 

The  data  sheet  and  technical  explanations  contain  preliminary  data,  and 
supplementary  data  might  be  published  at  a  later  date.  SEMIKRON  reserves  the 
rights to make changes at any time without notice in order to improve design. 

No identification 

Full production 

The  data  sheet  and  technical  explanations contain final  specification.  SEMIKRON 
reserves the rights to make changes at any time without notice in order to improve 
design. 

 

 

 

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  is  not  exhaustive  and 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