深圳市可易亚半导体科技有限公司

國家高新企業

cn en

新聞中心

一種智能的碳化矽MOSFET驅動核及驅動要求與特性詳解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2020-04-27 

分享到:

一種智能的碳化矽MOSFET驅動核及驅動要求與特性詳解

碳化矽mosfet是什麽

在SiC MOSFET的开发与应用方面,与相同功率等级的Si MOSFET相比,SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低,适用于更高的工作频率,另由于其高温工作特性,大大提高了高温稳定性。


一種智能的碳化矽MOSFET驅動核詳解

近年來,以碳化矽、氮化镓材料爲代表的第三代寬禁帶功率半導體器件越來越受到客戶的追捧。特別是碳化矽材料的MOSFET、肖特基二極管,以其寬帶隙,高電場強度,良好散熱特性,以及高可靠性等特點,爲客戶的産品帶來高效率,高頻率,小體積,降低系統成本等效益,廣泛應用于光伏發電,新能源汽車,通信基站電源,充電樁,高鐵,電網輸電等領域。


业界领先的碳化硅制造商Wolfspeed(A Cree Company),推出650V~15kV的SiC MOSFET器件,凭借其优越的性能、可靠的品质以及强有力的技术支持,赢得了客户的信赖,成为引领市场发展的产品。其中,650V~1700V的分立器件SiC MOSFET尤其受到欢迎。

碳化矽MOSFET擁有超低的開關損耗,僅爲矽IGBT十分之一,快速開關的特性意味著可以實現系統的高頻化和小型化,並提高效率。


高压及超快的开关速度带来的超高di/dt,dv/dt,会通过系统的杂散电感,电容形成干扰,对设计工程师带来了新的挑战。原有的Si MOSFET应用设计理论还会适用,然而一些在硅器件开关速度的环境下是微不足道的参数,却会在高速的SiC器件应用中产生至关重要的影响。


SiC MOSFET的门极是一个耐压非对称体,以行业龙头Wolfspeed器件为例,其第二代SiC MOSFET的耐受电压为+25/-10V,推荐工作电压为+20/-5V,其中阈值电压最小仅为+2.0V,与传统Si MOSFET,IGBT完全不兼容。改进后第三代的耐受电压为+19/-8V,推荐工作电压为+15/-4V,其中最小阈值电压下降到了+1.7V(如下图所示)。在碳化硅MOSFET的阈值电压非常低,在超快速的di/dt,dv/dt下,为了避免高速开关带来的串扰,譬如误开通,门极超压,直通短路等,需要在SiC MOSFET驱动设计上做一些必要的改进。


碳化矽mosfet驱动

SiC MOSFET与传统MOSFET的门极耐受电压及阈值电压对比


为了让客户能够更快速地,更容易地使用并熟悉SiC MOSFET以及其驱动的性能及特性,深圳市鹏源电子有限公司新推出的【α】系列驱动核(APD06XXXA1C-17),是专门为Wolfspeed公司的一系列分立SiC MOSFET设计的简单易用驱动器。


【α】系列驱动核具有短路保护,米勒钳位,过温保护,欠压保护等优异特性,有简单易用的集成驱动电源版本和性价比极高的外置驱动电源版本可供不同客户需要进行选择,目前集成驱动电源版本已经可以供货。为了针对第二代和第三代SiC MOSFET的应用,【α】驱动核目前推出APD06204A1C-17(+20V/-4),APD06153A1C-17(+15V/-3V)两个型号,可兼容Wolfspeed 650V~1700V单管SiC MOSFET,支持500kHz的开关频率,以及100kV/us的高dv/dt抗干扰能力。


碳化矽mosfet驱动


碳化矽mosfet特性

1、導通電阻隨溫度變化率較小,高溫情況下導通阻抗很低,能在惡劣的環境下很好的工作。

2、隨著門極電壓的升高,導通電阻越小,表現更接近于壓控電阻。

3、開通需要門極電荷較小,總體驅動功率較低,其體二極管Vf較高,但反向恢複性很好,可以降低開通損耗。

4、具有更小的結電容,關斷速度較快,關斷損耗更小。

5、開關損耗小,可以進行高頻開關動作,使得濾波器等無源器件小型化,提高功率密度。

6、開通電壓高于高于SI器件,推薦使用Vgs爲18V或者20V,雖然開啓電壓只有2.7V,但只有驅動電壓達到18V~20V時才能完全開通。

7、誤觸發耐性稍差,需要有源鉗位電路或者施加負電壓防止其誤觸發。


碳化矽mosfet驅動要求

1、觸發脈沖有比較快的上升速度和下降速度,脈沖前沿和後沿要陡。

2、驅動回路的阻抗不能太大,開通時快速對柵極電容充電,關斷時柵極電容能夠快速放電。

3、驅動電路能夠提供足夠大的驅動電流

4、驱动电路能够提供足够大的驱动电压,减小SIC MOSFET的导通损耗。

5、驅動電路采用負壓關斷,防止誤導通,增強其抗幹擾能力。

6、驅動電路整個驅動回路寄生電感要小,驅動電路盡量靠近功率管。

7、驅動電路峰值電流Imax要更大,減小米勒平台的持續時間,提高開關速度。


碳化矽mosfet驅動電路設計

对于有IGBT驱动电路设计经验的工程师来说,SIC MOSFET驱动电路的设计与IGBT驱动电路的设计类似,可以在原来的驱动电路上进行修改参数进行设计。


SIC MOSFET电源的设计,根据其特性,需要有负压关断和相比SI MOSFET较高的驱动电压,一般设计电源为-6V~+22V,根据不同厂家的不同Datasheet大家选择合适的电源正負電壓的設計,這裏只給出一個籠統的設計範圍。可以将IGBT模块驱动电源进行稍微修改使用在这里,比如,特斯拉在分立IGBT和SIC IGBT上都是用反激电源,具体电路参考历史文章中对特斯拉Model S 与Model 3的硬件对比分析中,也可以使用电源模块,比如国内做的比较好的金升阳的电源模块,可以降低设计难度,但成本也会相应的升高。


聯系方式:鄒先生

聯系電話:0755-83888366-8022

手機:18123972950

QQ:2880195519

聯系地址:深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1


請搜微信公衆號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公衆號

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助