英飛凌EiceDRIVER?技術(shù)以及應(yīng)對SiC MOSFET驅(qū)動的挑戰(zhàn)

碳化硅MOSFET導(dǎo)通損耗低，開關(guān)速度快，dv/dt高，短路時間小，對驅(qū)動電壓的選擇、驅(qū)動參數(shù)配置及短路響應(yīng)時間都提出了更高的要求。英飛凌零碳工業(yè)功率事業(yè)部產(chǎn)品工程師鄭姿清女士，在2023 IPAC英飛凌工業(yè)功率技術(shù)大會上，發(fā)表了《英飛凌EiceDRIVER技術(shù)以及應(yīng)對SiC MOSFET驅(qū)動的挑戰(zhàn)》的演講，詳細(xì)剖析了SiC MOSFET對驅(qū)動芯片的需求，以及我們?nèi)绾螒?yīng)對這種挑戰(zhàn)。

門極電壓對損耗的影響

(a) 使用高門極電壓可降低功率器件的導(dǎo)通損耗。相比于硅IGBT，SiC MOS的導(dǎo)通損耗受門極電壓影響更大，所以SiC MOSFET普遍推薦Vgs=18V。而更高的門極電壓需要更寬電壓范圍的驅(qū)動芯片。

(b) 門極電壓越高，開通損耗越小。門極電壓對關(guān)斷損耗的影響相對較小，大電流情況下，關(guān)斷損耗隨門極電壓的降低才比較明顯。

(c) 如果使用圖騰柱拓?fù)?，三極管的VBE和二極管的VF會使門極電壓下降，而直接使用大輸出電流的驅(qū)動芯片可使SiC導(dǎo)通和開關(guān)損耗更低。

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將開通和關(guān)斷解耦可提供一種EMC的解決思路。

對于SiC MOSFET，關(guān)斷損耗相對開通損耗占比小得多，可以使用小的開通電阻和大的關(guān)斷電阻來平衡開關(guān)損耗和EMC。

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應(yīng)對米勒導(dǎo)通的方案

(a) 米勒寄生導(dǎo)通指原本應(yīng)該處于關(guān)斷狀態(tài)的器件，由于Vce或者Vds的變化，通過GC或者GD之間的電容產(chǎn)生分布電流，灌入門極引起門極電壓的抬高，如果門極電壓抬高到閾值電壓以上，就有可能帶來直通的風(fēng)險。而且考慮到在高溫條件下，門極的閾值一般會降低；但在低溫時dv/dt更大，所以建議在高低溫下都需要確認(rèn)是否有寄生導(dǎo)通現(xiàn)象。

(b) 有的驅(qū)動芯片內(nèi)部會集成米勒鉗位電路，它的原理是通過控制一個小mos管開關(guān)，來提供給門極一個低阻抗泄放回路。

(c) 有的米勒鉗位MOS管集成在驅(qū)動芯片內(nèi)部，適合分立器件和小功率模塊，不用額外增加元器件。有的驅(qū)動芯片，比如英飛凌X3系列的1ED3461和1ED3491，它通過外接鉗位管的方式，拓展米勒鉗位能力，適合大功率模塊。

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更快速的短路響應(yīng)

(a) 功率器件短路時具有退飽和現(xiàn)象，即短路時功率器件CE或DS兩端電壓會迅速上升至母線電壓?？衫眠@一特性來進(jìn)行短路檢測。英飛凌CoolSiC MOSFET可保證2~3us的短路時間，所以退飽和檢測的快速響應(yīng)非常重要。

(b) 參數(shù)可配置的驅(qū)動芯片1ED34XX/1ED38XX可以更加精確地設(shè)定退飽和消隱時間和濾波時間，最小響應(yīng)時間tDESATleb=0.4μs,tDESATfilter=0.23 μs。

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總結(jié)