基于無芯變壓器技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)器

功率器件在工業(yè)和汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著決定性的作用。為了滿足這些應(yīng)用的特定要求并縮短上市時(shí)間，ROHM使用專有的微制造工藝來開發(fā)無核片上變壓器，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的隔離，這對(duì)SiC技術(shù)尤其有用。碳化硅已被引入工業(yè)和汽車市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用中，包括太陽能逆變器，所有類型的高壓電源和汽車車載電池充電器。

圖1：無芯變壓器技術(shù)[來源：ROHM Semiconductor]

“我們所有的柵極驅(qū)動(dòng)器均基于無芯變壓器技術(shù)，” ROHM Semiconductor Americas應(yīng)用工程師Mitch Van Ochten說。他繼續(xù)說：“如圖1的上圖所示，它們的制造方式是內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的平板。左側(cè)是低壓部分，硅與您的DSP或微控制器接口。低壓部分的工作電壓為5伏，但是如果您使用的是3.3V的微型電源，則它將接受3.3伏信號(hào)。然后在中心是擁有無鐵芯變壓器技術(shù)的我們的島嶼。這些變壓器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它們的銅線圈初級(jí)和次級(jí)約十匝，絕緣子二氧化硅與石英非常相似。

碳化硅

電子電源電路的實(shí)現(xiàn)使系統(tǒng)更小，更輕，同時(shí)也為提高能源效率提供了基礎(chǔ)。

過去，碳化硅功率開關(guān)器件提出了許多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中可以接受的。在碳化硅的早期，價(jià)格很高，而且收益仍然有限。直到最近，盡管成本仍然很高，但許多公司仍專注于太陽能功率調(diào)節(jié)以及真正受益于碳化硅的其他一些功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，性能和成本不斷提高?，F(xiàn)在價(jià)格已經(jīng)急劇下降，電動(dòng)汽車市場(chǎng)正朝著碳化硅果斷地邁進(jìn)，使該技術(shù)成為大批量主流應(yīng)用。

“顯然，這就是我們進(jìn)行大量研發(fā)工作的地方，并創(chuàng)造了許多新產(chǎn)品。我們的第四代SiC MOSFET將會(huì)真正滿足汽車行業(yè)的需求，并通過專門針對(duì)汽車應(yīng)用調(diào)整和增強(qiáng)的最新溝槽技術(shù)，超越某些碳化硅市場(chǎng)?！泵乐薜貐^(qū)總裁David Uze說道。

SiC MOSFET的正向傳導(dǎo)狀態(tài)中不存在少數(shù)電荷載流子，而SiC體二極管的超低反向恢復(fù)電荷（Qrr）可減少開關(guān)損耗并提高系統(tǒng)的工作頻率。這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致無源元件的減少，并因此導(dǎo)致系統(tǒng)的尺寸和重量的減少。SiC的導(dǎo)熱系數(shù)是硅的三倍，因此系統(tǒng)具有較低的冷卻要求。

第四代碳化硅MOSFET基于雙溝槽技術(shù)。與新型芯片的當(dāng)前MOSFET相比，它的導(dǎo)通狀態(tài)電阻（Rds（ON））降低了約40％，并且由于采用了新型MOSFET器件的電容設(shè)計(jì)，開關(guān)損耗顯著降低了25％到40％以上。這些還包括降低了來自人體懷疑反向恢復(fù)過程的反向恢復(fù)電流，這也意味著在開關(guān)期間寄生導(dǎo)通的最小風(fēng)險(xiǎn)。

電源電路設(shè)計(jì)人員還將發(fā)現(xiàn)，在半橋配置下的開關(guān)過程中反向恢復(fù)電流大大降低，這與由于提高了CGD/ C而導(dǎo)致在高dv / dt速度下MOSFET的寄生導(dǎo)通不存在有關(guān)第四代芯片設(shè)計(jì)中內(nèi)置了GS電容比。

門極驅(qū)動(dòng)器

隨著串式逆變器取代中央逆變器，電力電子領(lǐng)域（尤其是功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域）的效率不斷提高。過渡使電動(dòng)汽車可以更快地充電，并支持相關(guān)的電動(dòng)汽車系統(tǒng)，例如牽引逆變器和運(yùn)動(dòng)控制。為了使電源能夠提供更高的功率水平，同時(shí)占用更少的電路板空間，必須增加集成度。共模瞬變抗擾度（CMTI）是一個(gè)重要參數(shù)，也是決定柵極驅(qū)動(dòng)器魯棒性的關(guān)鍵因素。較高的CMTI值意味著隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器可用于開關(guān)頻率較高的應(yīng)用中。

BM6112FV-C是ROHM Semiconductor的最新解決方案。它是一款隔離驅(qū)動(dòng)器，具有3750 VRMS的隔離電壓，150 ns的I / O延遲時(shí)間，并集成了各種功能，包括故障信號(hào)輸出，就緒信號(hào)輸出，欠壓鎖定（UVLO），短路保護(hù)（SCP），主動(dòng)的米勒鉗制，輸出狀態(tài)反饋（OSFB）和溫度監(jiān)控器功能。

“這是我們電流最大的柵極驅(qū)動(dòng)器，我們相信是業(yè)界電流最大的驅(qū)動(dòng)器之一，在許多情況下，這種高電流消除了在柵極驅(qū)動(dòng)器和功率器件之間放置緩沖級(jí)的需要，并且還包括一個(gè)有源米勒鉗位，有助于防止橋的另一半錯(cuò)誤開啟。它的其他功能之一是溫度監(jiān)控器。因此，此方法的工作方式是電源模塊本身通常將包含一個(gè)NTC熱敏電阻，或者您可以使用串聯(lián)二極管串，并監(jiān)視電源設(shè)備的溫度，然后將該信號(hào)帶到次級(jí)端，在此我們對(duì)其進(jìn)行更改進(jìn)入PWM，然后我們通過隔離變壓器耦合回初級(jí)。然后，在您的軟件中，您的DSP或微控制器會(huì)測(cè)量PWM并解釋該溫度以了解底板溫度，以便您采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砑涌炖鋮s速度或限制占空比，無論您需要采取什么措施來控制一切。我們還包括一種稱為輸出狀態(tài)反饋的安全功能?！?Mitch Van Ochten說。

該柵極驅(qū)動(dòng)器具有兩個(gè)隔離類別：2500 VRMS和3750 VRMS。每個(gè)部件在該隔離電壓下測(cè)試60秒?！拔覀冋J(rèn)為這種無芯變壓器技術(shù)優(yōu)于其他兩種常見方法。我們保證所有部件在一次側(cè)和二次側(cè)之間都能承受每微秒100 kV的共模電壓。這大約是某些光隔離驅(qū)動(dòng)器提供的兩倍?！?Mitch說。

電子系統(tǒng)繼續(xù)為汽車應(yīng)用中引入的新功能做出貢獻(xiàn)。對(duì)于必須滿足嚴(yán)格的CMTI要求的所有解決方案，無芯變壓器技術(shù)都非常有趣。無芯變壓器技術(shù)非常強(qiáng)大，可以輕松地與創(chuàng)新的數(shù)字控制功能結(jié)合使用。

編輯：hfy