柵極驅(qū)動(dòng)芯片選型要求，如何為SiC MOSFET選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)芯片

柵極驅(qū)動(dòng)芯片選型要求

1、柵極驅(qū)動(dòng)芯片可根據(jù)功能分為多種類型，如單路、雙路、多路等。因此，在選型時(shí)需要根據(jù)具體應(yīng)用情況進(jìn)行選擇。

2、電壓等級柵極驅(qū)動(dòng)芯片電壓等級一般為12V、15V、18V等。在選型時(shí)需要根據(jù)被驅(qū)動(dòng)器件的電壓等級選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)芯片。

3、驅(qū)動(dòng)電流柵極驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)電流也是需要考慮的因素，一般根據(jù)被驅(qū)動(dòng)器件的負(fù)載電流計(jì)算。

4、可靠性在選型時(shí)需要考慮柵極驅(qū)動(dòng)芯片的可靠性和穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)問題影響系統(tǒng)的正常工作。

如何為SiCMOSFET選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)芯片

1.驅(qū)動(dòng)電平與驅(qū)動(dòng)電流的要求

首先，由于SiCMOSFET器件需要工作在高頻開關(guān)場合，其面對的由于寄生參數(shù)所帶來的影響更加顯著。由于SiCMOSFET本身柵極開啟電壓較低，在實(shí)際系統(tǒng)中更容易因電路串?dāng)_發(fā)生誤導(dǎo)通，因此通常建議使用柵極負(fù)壓關(guān)斷。不同SiCMOSFET器件的柵極開啟電壓參數(shù)列舉如圖1所示。

圖1不同SiCMOSFET柵極開啟電壓參數(shù)比較

為了提高SiCMOSFET在實(shí)際工程實(shí)際中的易用性，各半導(dǎo)體廠家在SiCMOSFET設(shè)計(jì)之初，都會盡量調(diào)整參數(shù)的折中，使得SiCMOSFET的驅(qū)動(dòng)特性接近用戶所熟悉的傳統(tǒng)硅IGBT。然而，寬禁帶半導(dǎo)體器件有其特殊性，以英飛凌CoolSiC?系列為例，從規(guī)格書與應(yīng)用指南可知，結(jié)合開關(guān)頻率與壽命計(jì)算的綜合考量，在某些應(yīng)用中可以使用15V柵極開通電壓，而柵極關(guān)斷電壓最低為-5V。當(dāng)我們將目光投向市面上其他品牌的SiCMOSFET器件，會發(fā)現(xiàn)各家推薦的柵極工作電壓也有所差異。因此，理想的適用于SiCMOSFET的驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)該能夠覆蓋各種不一樣的柵極開通和關(guān)斷電壓需求，至少需要驅(qū)動(dòng)芯片的供電電壓壓差Vpos-Vneg可達(dá)到25v。

雖然SiCMOSFET具有較小的柵極電容，所需要的驅(qū)動(dòng)功率相對于傳統(tǒng)IGBT顯著較小，但是驅(qū)動(dòng)電流的大小與開關(guān)器件工作速度密切相關(guān)，為適應(yīng)高頻應(yīng)用快速開通關(guān)斷的需求，需要為SiCMOS選擇具有較大峰值輸出電流的驅(qū)動(dòng)芯片，并且如果輸出脈沖同時(shí)兼具足夠快的上升和下降速度，則驅(qū)動(dòng)效果更加理想，這就意味著要求驅(qū)動(dòng)芯片的上升與下降時(shí)間參數(shù)都比較小。

2．滿足較短死區(qū)時(shí)間設(shè)定的要求

在橋式電路結(jié)構(gòu)中，死區(qū)時(shí)間的設(shè)定是影響系統(tǒng)可靠運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵因素。SiCMOSFET器件的開關(guān)速度較傳統(tǒng)IGBT有了大幅提高，許多實(shí)際工程使用都希望能因此進(jìn)一步提高器件的工作頻率，從而提高系統(tǒng)功率密度。這也意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要較小的死區(qū)時(shí)間設(shè)定與之匹配，同時(shí)，選擇較短的死區(qū)時(shí)間，也可以保證逆變系統(tǒng)具有更高的輸出電壓質(zhì)量。

死區(qū)時(shí)間的計(jì)算，除了要考慮開關(guān)器件本身的開通與關(guān)斷時(shí)間，尤其是小電流下的開關(guān)時(shí)間之外，驅(qū)動(dòng)芯片的傳輸延時(shí)也需要考量。尤其對于本身開關(guān)速度較快的開關(guān)器件，芯片的延時(shí)在死區(qū)設(shè)定的考量中所占的比重更大。另外，在隔離型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，通常采用的是一拖一的驅(qū)動(dòng)方式，因此，芯片與芯片之間的參數(shù)匹配差異，也需要在死區(qū)設(shè)定時(shí)一并考量。要滿足較小死區(qū)時(shí)間的要求，選擇驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)，需要相應(yīng)的參考芯片本身傳輸延時(shí)時(shí)間參數(shù)，以及芯片對芯片的匹配延時(shí)。

3．芯片所帶的保護(hù)功能

1）短路保護(hù)

SiCMOSFET與傳統(tǒng)硅MOSFET在短路特性上有所差異，以英飛凌CoolSiC?系列為例，全系列SiCMOSFET具有大約3秒的短路耐受能力?？梢岳闷骷旧淼倪@一特性，在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮短路保護(hù)功能，提高系統(tǒng)可靠性。

不同型號SiCMOSFET短路承受能力存在差異，但短路保護(hù)響應(yīng)時(shí)間越短越好。借鑒IGBT退飽和檢測方法，根據(jù)開關(guān)管輸出特性，SiCMOSFET漏源極電壓大小可反映電流變化。與硅IGBT相比，SiCMOSFET輸出特性曲線的線性區(qū)及飽和區(qū)沒有明顯過渡，發(fā)生短路或過流時(shí)電流上升仍然很快，這就意味著保護(hù)電路需要更快的響應(yīng)速度來進(jìn)行保護(hù)。

針對SiCMOSFET的短路保護(hù)需求，需要選擇檢測速度快，響應(yīng)時(shí)間短的驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

此外，根據(jù)IGBT的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，每次開通時(shí)，需求設(shè)定一段消隱時(shí)間來避免由于開通前期的Vce電壓從高位下降所導(dǎo)致的DSAET誤觸發(fā)。消隱時(shí)間的需要，又對本只有3us的SiCMOSFET的短路保護(hù)電路設(shè)計(jì)提出更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，需要驅(qū)動(dòng)芯片的DESAT相關(guān)參數(shù)具有更高的精度，以實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)設(shè)計(jì)。同時(shí)，也需要更優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)電路的PCB設(shè)計(jì)，保證更小的環(huán)路寄生電感的影響。

2）有源米勒箝位

前文提到，SiCMOSFET的柵極開啟電壓較低，加上其寄生電容小，它對驅(qū)動(dòng)電路寄生參數(shù)的影響也更加敏感，更容易造成誤觸發(fā)，因此常推薦使用負(fù)壓進(jìn)行關(guān)斷。但同時(shí)，由于SiCMOSFET所能承受的柵極負(fù)壓范圍較小，過大的負(fù)向電壓尖峰可能擊穿開關(guān)管，某些廠家提出推薦較高的負(fù)壓關(guān)斷，甚至0v關(guān)斷。此種情況下，為保證器件在關(guān)斷期間不因米勒效應(yīng)發(fā)生誤觸發(fā)，可以使用帶有有源米勒箝位功能的驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.芯片抗干擾性（CMTI）

配合SiCMOSFET使用的驅(qū)動(dòng)芯片，處于高頻應(yīng)用環(huán)境下，這要求芯片本身具有較高的抗干擾度。常用于評估驅(qū)動(dòng)芯片抗擾度的參數(shù)為CMTI?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對磁隔離型驅(qū)動(dòng)芯片抗擾性地測量方法，兼顧了電壓上升延與下降延dv/dt，這與實(shí)際SiCMOSFE開通和關(guān)斷都非常迅速的工作特性非常相似，因此CMTI參數(shù)可以作為衡量用于驅(qū)動(dòng)SiCMOSFE的驅(qū)動(dòng)芯片抗擾度的技術(shù)參考。