SiCer小課堂 l 淺談硅IGBT與碳化硅MOSFET驅動的區別

 IGBT與碳化硅MOSFET驅動兩者電氣參數特性差別較大,碳化MOSFET對于驅動的要求也不同于傳統器件,主要體現在GS開通電壓、GS關斷電壓、短路保護、信號延遲和抗干擾幾個方面,具體如下:

微信圖片_20191205111910.jpg


01

開通關斷

       對于全控型開關器件來說,配置合適的開通關斷電壓對于器件的安全可靠具有重要意義:

1)IGBT:各廠家IGBT對開通關斷電壓要求一致:
  • 要求開通電壓典型值15V;

  • 要求關斷電壓值范圍-5V~-15V,客戶根據需求選擇合適值,常用值有-8V、-10V、-15V;

  • 優先穩定正電壓,保證開通穩定。

    微信圖片_20191205112003.jpg


2)碳化MOSFET:不同廠家碳化MOSFET對開關電壓要求不盡相同:

  • 要求開通電壓較高22V~15V;

  • 要求關斷電壓較高-5V~-3V;

  • 優先穩負壓,保證關斷電壓穩定;

  • 增加負壓鉗位電路,保證關斷時候負壓不超標。

微信圖片_20191205112009.jpg


02

短路保護

       開關器件在運行過程中存在短路風險,配置合適的短路保護電路,可以有效減少開關器件在使用過程中因短路而造成的損壞。IGBT相比,碳化MOSFET短路耐受時間更短。

1)IGBT:

      IGBT的承受退保和短路的時間一般大于10μs,在設計IGBT的短路保護電路時,建議將短路保護的檢測延時和相應時間設置在5-8μs較為合適。

微信圖片_20191205112013.jpg


2)碳化MOSFET

一般碳化MOSFET模塊短路承受能力小于5μs,要求短路保護在3μs以內起作用。采用二極管或電阻串檢測短路,短路保護最短時間限制在1.5μs左右。

微信圖片_20191205112017.jpg


03

碳化硅MOSFET驅動的干擾及延遲

1)高dv/dt及di/dt對系統影響

在高壓大電流條件下進行開關動作時,器件開關會產生高dv/dt及di/dt,對驅動器電路產生影響,提高驅動電路的抗干擾能力對系統可靠運行至關重要,可通過以下方式實現:

  • 輸入電源加入共模扼流圈及濾波電感,減小驅動器EMI對低壓電源的干擾;

  • 次邊電源整流部分加入低通濾波器,降低驅動器對高壓側的干擾;

  • 采用共??箶_能力達到100kV/μs的隔離芯片進行信號傳輸;

  • 采用優化的隔離變壓器設計,原邊與次邊采用屏蔽層,減小相互間串擾;

  • 米勒鉗位,防止同橋臂管子開關影響。

2)低傳輸延遲

通常情況下,硅IGBT的應用開關頻率小于40kHZ,碳化MOSFET推薦應用開關頻率大于100kHz,應用頻率的提高使得碳化MOSFET要求驅動器提供更低的信號延遲時間。碳化MOSFET驅動信號傳輸延遲需小于200ns,傳輸延遲抖動小于20ns,可通過以下方式實現:

  • 采用數字隔離驅動芯片,可以達到信號傳輸延遲50ns,并且具有比較高的一致性,傳輸抖動小于5ns;

  • 選用低傳輸延時,上升下降時間短的推挽芯片。


       總之,相比于IGBT,碳化MOSFET在提升系統效率、功率密度和工作溫度的同時,對于驅動器也提出了更高要求,為了讓碳化MOSFET更好的在系統中應用,需要給碳化MOSFET匹配合適的驅動。


接下來介紹基本半導體碳化硅MOSFET及驅動產品

碳化硅MOSFET

基本半導體自主研發的碳化硅 MOSFET 具有導通電阻低,開關損耗小的特點,可降低器件損耗,提升系統效率,更適合應用于高頻電路。在新能源汽車電機控制器、車載電源、太陽能逆變器、充電樁、UPS、PFC 電源等領域有廣泛應用。

微信圖片_20191205112022.jpg


碳化硅驅動

1、半橋兩并聯功率單元

該產品是青銅劍科技為基本半導體碳化硅 MOSFET 量身打造的解決方案,搭配本半導體TO-247-3 封裝碳化硅 MOSFET。

微信圖片_20191205112027.jpg


2、通用型驅動核

1CD0214T17-XXYY 是青銅劍科技自主研發的一系列針對于單管碳化硅MOSFET 的單通道驅動核,可以驅動目前市面上大部分 1700V 以內的單管碳化硅 MOSFET, 該驅動核設計緊湊,通用性強。

微信圖片_20191205112031.jpg


3、電源模塊

Q15P2XXYYD 是青銅劍科技自主研發的單通道系列電源模塊,支持多種柵極輸出電壓,可靈活應用于碳化硅MOSFET驅動。該電源模塊尺寸為19.5 X 9.8 X 12.5 mm, 設計緊湊, 通用性強。

微信圖片_20191205112034.jpg


相關文章