碳化硅MOSFET導(dǎo)通損耗低，開(kāi)關(guān)速度快，dv/dt高，短路時(shí)間小，對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的選擇、驅(qū)動(dòng)參數(shù)配置及短路響應(yīng)時(shí)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(huì)上，發(fā)表了《英飛凌EiceDRIVER技術(shù)以及應(yīng)對(duì)SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)》的演講，詳細(xì)剖析了SiC MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的需求，以及我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)。

門極電壓對(duì)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(dòng)芯片。

(b) 門極電壓越高，開(kāi)通損耗越小。門極電壓對(duì)關(guān)斷損耗的影響相對(duì)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)洌龢O管的VBE和二極管的VF會(huì)使門極電壓下降，而直接使用大輸出電流的驅(qū)動(dòng)芯片可使SiC導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗更低。

2

將開(kāi)通和關(guān)斷解耦可提供一種EMC的解決思路。

對(duì)于SiC MOSFET，關(guān)斷損耗相對(duì)開(kāi)通損耗占比小得多，可以使用小的開(kāi)通電阻和大的關(guān)斷電阻來(lái)平衡開(kāi)關(guān)損耗和EMC。

3

應(yīng)對(duì)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(guò)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(lái)直通的風(fēng)險(xiǎn)。而且考慮到在高溫條件下，門極的閾值一般會(huì)降低；但在低溫時(shí)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(dòng)芯片內(nèi)部會(huì)集成米勒鉗位電路，它的原理是通過(guò)控制一個(gè)小mos管開(kāi)關(guān)，來(lái)提供給門極一個(gè)低阻抗泄放回路。

(c) 有的米勒鉗位MOS管集成在驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片，比如英飛凌X3系列的1ED3461和1ED3491，它通過(guò)外接鉗位管的方式，拓展米勒鉗位能力，適合大功率模塊。

4

更快速的短路響應(yīng)

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

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

5

總結(jié)