功率器件在工業(yè)和汽車系統(tǒng)的設計中起著決定性的作用。為了滿足這些應用的特定要求并加快上市時間，羅姆采用專有的微制造工藝開發(fā)無芯片上變壓器以實現強大的隔離，尤其適用于 SiC 技術。碳化硅已被廣泛應用于工業(yè)和汽車市場，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

“我們所有的柵極驅動器都基于無芯變壓器技術，”ROHM Semiconductor Americas 應用工程師 Mitch Van Ochten 說。他繼續(xù)說道，“它們的制造方式如圖 1 上圖所示，我們內部有三個獨立的板坯。在左側，我們有低壓部分，該硅片與您的 DSP 或微控制器連接。低壓部分以 5 伏電壓運行，但如果您使用以 3.3V 運行的微型，它將接受 3.3 伏信號。然后在中心是我們的無芯變壓器技術島。這些變壓器的構造如圖 1 所示。它們的初級和次級線圈采用大約十匝的銅線圈，絕緣體采用二氧化硅，與石英非常相似。

碳化硅

電子電源電路的實施使系統(tǒng)更小、更輕，同時也為提高能效提供了基礎。

過去，碳化硅功率開關器件在傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中面臨許多挑戰(zhàn)。碳化硅早年價格高，收益有限。直到最近，許多公司都專注于太陽能調節(jié)，以及一些其他真正受益于碳化硅的電源轉換應用，盡管成本仍然很高。隨著新技術的出現，性能和成本不斷提高。現在價格大幅下降，電動汽車市場果斷轉向碳化硅，將技術帶入大批量的主流應用。

“顯然，這就是我們進行大量研發(fā)、創(chuàng)造大量新產品的地方。我們的第四代 SiC MOSFET 將推出，真正滿足汽車行業(yè)的需求，并通過我們針對汽車應用專門調整和增強的最新溝槽技術跨越一些碳化硅市場，”美洲總裁 David Uze 說。

在 SiC MOSFET 的正向傳導狀態(tài)中不存在少數電荷載流子，以及 SiC 體二極管的超低反向恢復電荷 (Qrr)，降低了開關損耗并實現了系統(tǒng)的高工作頻率。這些優(yōu)點導致無源元件的減少，從而減少系統(tǒng)的尺寸和重量。碳化硅的熱導率是硅的三倍，使系統(tǒng)的冷卻要求更低。

第四代碳化硅 MOSFET 基于雙溝槽技術。它提供的導通電阻 (R ds (ON)) 比同一芯片的當前一代 MOSFET低約 40% ，并且由于新 MOSFET 器件的電容設計，開關損耗顯著降低了 25% 到 40% 以上. 這些還包括大大減少了來自身體懷疑反向恢復過程的反向恢復電流，這也意味著開關期間寄生導通的風險最小。

電源電路設計人員還會發(fā)現半橋配置開關期間的反向恢復電流大大降低，這與 MOSFET 在高dv/dt速度下沒有寄生導通有關，因為 C GD /C得到改善GS電容比內置于第四代芯片設計中。

柵極驅動器

隨著串式逆變器取代中央逆變器，電力電子領域，尤其是功率轉換領域，效率不斷提高。這種轉變可以加快電動汽車的充電速度，并支持相關的電動汽車系統(tǒng)，例如牽引逆變器和運動控制。提高集成度是實現電源在消耗更少電路板空間的同時實現更高功率水平的必要條件。共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI) 是一個重要參數，也是決定柵極驅動器穩(wěn)健性的關鍵區(qū)別因素。高 CMTI 值意味著隔離式柵極驅動器可用于具有高開關頻率的應用。

BM6112FV-C 是 ROHM Semiconductor 的最新解決方案。它是一款隔離電壓為 3750 VRMS、I/O 延遲時間為 150 ns 的柵極驅動器，并集成了多種功能，包括故障信號輸出、就緒信號輸出、欠壓鎖定 (UVLO)、短路保護 (SCP)、主動米勒鉗位、輸出狀態(tài)反饋 (OSFB) 和溫度監(jiān)控功能。

“這是我們最高電流的柵極驅動器，我們相信它是業(yè)內最高的驅動器之一，在許多情況下，這種高電流消除了在柵極驅動器和功率器件之間放置緩沖級的需要，它還包括一個有源米勒鉗位有助于防止橋的另一半誤開啟。它的其他功能之一是溫度監(jiān)視器。因此，其工作方式是您的電源模塊本身通常包含一個 NTC 熱敏電阻，或者您可以使用串聯二極管串，然后監(jiān)控電源設備的溫度，然后將該信號傳送到我們更改它的次級側進入 PWM，然后我們通過隔離變壓器將其耦合回初級。接著，在您的軟件中，您的 DSP 或微測量 PWM 并解釋基板溫度，以便您可以采取適當的措施來加速冷卻或限制占空比，無論您需要做什么來保持控制。我們還包括一個我們稱之為輸出狀態(tài)反饋的安全功能，”Mitch Van Ochten 說。

該柵極驅動器具有兩種隔離類別：2500 VRMS 和 3750 VRMS。每個部件都在該隔離電壓下測試 60 秒。“我們認為這種無芯變壓器技術優(yōu)于其他兩種常見的方法。我們保證我們所有的部件都能承受初級側和次級側之間每微秒 100 kV 的共模電壓。這大約是某些光隔離驅動器提供的兩倍”Mitch 說。

電子系統(tǒng)繼續(xù)為汽車應用中引入的新功能做出貢獻。無芯變壓器技術對于必須滿足嚴格 CMTI 要求的所有解決方案都很有趣。無芯變壓器技術非常強大，可以輕松與創(chuàng)新的數字控制功能相結合。
審核編輯：郭婷