博世推出EG120電流源門極驅(qū)動方案

眾所周知，博世擁有高性能SiC ，但是因為SiC的可靠性問題和一致性問題始終困擾著眾多研發(fā)人員，那么應(yīng)該如何更好的發(fā)揮SiC的性能呢？

博世提出了突破性的驅(qū)動方案。

話不多說，我們直接上產(chǎn)品特點(diǎn)：

· 可編程電流源門極控制，最多可配置開關(guān)狀態(tài)2*133 個profile

· 四路獨(dú)立門極控制，四路可同步或者異步輸出，每路最大輸出能力2.5A

· 具備功率晶體管在線健康監(jiān)測功能

· 集成有源米勒鉗位和主動放電功能

· 采用容隔技術(shù)，CMTI>150V/ns

· DC-link過壓原邊快速預(yù)警

· 四路門極輸出過壓，欠壓，短路檢測

· 2個12位ADC支持電壓和NTC溫度檢測

· 依據(jù)ISO26262支持ASIL D系統(tǒng)

鑒于篇幅原因，小編會著重展開講EG120前三個特點(diǎn)。

針對第一點(diǎn)，EG120不同市面上常見的電壓源驅(qū)動，而是內(nèi)置可編程控制的電流源。這意味著搭配EG120再也不需要門極驅(qū)動電阻了，只需要軟件上動動手指就可以變更功率器件的開關(guān)速度啦。

這簡直是硬件工程師的福音，再也不用因為某種測試項目不通過，而辛苦的改N路驅(qū)動電阻了。

既然都是可編程電流源，那精細(xì)化開關(guān)過程控制也不難啊，沒錯，請看：

開通波形示例（綠色為I_G）

這里，我們已開通為例，可以看到門極電流可以分成5個階段，我們內(nèi)部叫"gate shaping" ，是不是有一種電流“變形金剛”的即視感。EG120每個階段都可以調(diào)整時間和電流大小。相應(yīng)的，關(guān)斷門極電流有4個可控階段。

通過運(yùn)用EG120精細(xì)化控制，可以實(shí)現(xiàn)器件更快的開關(guān)，更小的overshoot以及可以達(dá)到降低系統(tǒng)EMC的作用。

如果考慮到汽車的mission profile，電流驅(qū)動可以更靈活的適配每一個profile。具體分解來看，我們可以以一個三維矩陣上的小方塊來對應(yīng)每一個不同的profile。

下面篩選條件按照母線電壓，相電流和溫度為例。通過EG120, 使得SiC模塊體驗了“無級變速”的舒適感！

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，對比電壓源固定驅(qū)動電阻方案，EG120通過選擇合適的profile可以在中部負(fù)載電流條件下降低將近50%的開關(guān)損耗。而中小段負(fù)載電流往往是占比整車mission profile中最多的。妥妥的”節(jié)能小專家“。

EG120還獨(dú)具創(chuàng)新的開發(fā)了4路獨(dú)立門極，每路2.5A的驅(qū)動能力。這意味著EG120可以連接4組SiC裸片或者4組單管，這樣即使有一路門極損壞，剩下的三路依舊有著7.5A的驅(qū)動能力。當(dāng)然這只是一小部分好處，這個設(shè)計其實(shí)是為了與我們的健康監(jiān)測搭配使用的。

EG120可以進(jìn)入特定的參數(shù)識別狀態(tài)，在此狀態(tài)下，EG120結(jié)合MCU算法可以讀取功率晶體管的門極電容參數(shù)（Cgs、Cgd）和開通閾值電壓（Vth）。

需要注意的是，該狀態(tài)不同于正常的工作狀態(tài)，進(jìn)入?yún)?shù)識別狀態(tài)頻次完全是由MCU決定的。眾所周知，SiC一直有著Vth漂移的問題，雖然芯片廠通過各種措施可以保證生命周期內(nèi)的穩(wěn)定，但多一個實(shí)時檢測的數(shù)據(jù)豈不是美哉？通過這些數(shù)據(jù)，OEM也可以不斷修正壽命模型和監(jiān)測功率芯片狀態(tài)。

那進(jìn)一步，如果我們把獨(dú)立門極和參數(shù)識別搭配使用會發(fā)生什么呢？目前，SiC芯片參數(shù)一致性與IGBT相比較差，首先我們可以讀取SiC芯片參數(shù)，然后通過MCU算法調(diào)整之前制定的profile，就可以實(shí)現(xiàn)芯片更好的均流。

恒定門極電流、統(tǒng)一門極控制（左）

門極電流可變、獨(dú)立門極控制（右）

這里我們選取了一個晶圓上兩個Vth差距較大的裸片，針對這兩個裸片我們并聯(lián)進(jìn)行雙脈沖測試，圖左模擬了現(xiàn)在主流電壓源驅(qū)動，一個門極驅(qū)動連接多個芯片的控制方案，可以看到兩顆芯片的開關(guān)損耗差異很大，這是因為Vth小的芯片開通快并承擔(dān)了大部分電流的原因。圖右我們使用EG120門極電流可變，每個芯片單獨(dú)驅(qū)動的方案，我們可以實(shí)現(xiàn)兩顆芯片達(dá)成均流，其開關(guān)損耗幾乎沒有差異的效果。

所以當(dāng)我們搭配使用EG120獨(dú)立門極和參數(shù)識別功能，會有更好的均流效果，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有模塊更大的電流能力。同理，在保證相同的模塊出流情況下，可以減少SiC芯片的使用數(shù)量或者面積。

綜上，使用EG120驅(qū)動可以有效地降低SiC開通和關(guān)斷損耗，實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)芯片更好的均流效果以及監(jiān)測芯片狀態(tài)。當(dāng)然作為一款車規(guī)級驅(qū)動芯片，EG120還包含了各式各樣的保護(hù)功能，感興趣的小伙伴可以與小編聯(lián)系來獲取更多一手資料。

審核編輯：劉清