得益于寬禁帶半導體的材料優勢,SiC MOSFET在電力電子行業中的應用越來越廣泛。SiC MOSFET很多性能與傳統Si基器件不同,對驅動設計也提出了更高的要求。為了最大化利用SiC MOSFET的性能優勢,驅動芯片的選擇需要著重考慮如下幾個方面:
1
更高的軌到軌電壓
IGBT的驅動電壓一般都是15V,而SiC MOSFET的推薦驅動電壓各品牌并不一致,15V、18V、20V都有廠家在用。更高的門極驅動電壓有助于降低器件導通損耗,SiC MOSFET的導通壓降對門極電壓的敏感性比IGBT更高,所以對SiC MOSFET使用高驅動電壓的收益更大,具體分析可參考這篇文章(門極驅動正壓對功率半導體性能的影響)。為了防止寄生導通,SiC MOSFET往往還需要負壓關斷。如果一個SiC MOSFET使用了Vgs=-5V~20V的門極驅動電壓,那么就要求前級驅動芯片的輸出電壓至少是25V,再加一定的余量,一般取35V~40V之間比較合適。
2
更高的共模抑制比
SiC MOSFET是高頻器件,不管是上升還是下降過程中的電壓變化率dv/dt都遠大于IGBT,這要求芯片本身具有較高的抗干擾度。常用于評估驅動芯片抗擾度的參數為共模抑制比CMTI,是衡量驅動芯片是否適用于SiC MOSFE的標準之一。
3
更高的絕緣等級
拓撲結構的不斷發展需要引入新的電壓等級。比如,2kV SiC MOSFET可將1500VDC光伏系統的拓撲結構從三電平簡化至兩電壓,能夠提高系統效率,但是隨著電壓的提升,需要驅動芯片具有更高的隔離電壓和過電壓等級。
4
抑制誤觸發
SiC MOSFET閾值電壓相對IGBT低很多,英飛凌閾值電壓大約是4.5V,而其他很多SiC MOSFET閾值電壓僅有2~3V。再加上SiC MOSFET開關時dv/dt很高,SiC MOSFET寄生導通的風險就格外嚴峻。這就要求驅動芯片最好具有米勒鉗位功能,或者是開通和關斷分開的引腳,為關斷過程設置小一些的門極電阻,也可有效降低米勒電容引起的門極電壓抬升。
什么樣的驅動芯片能滿足SiC MOSFET的種種挑剔要求?英飛凌EiceDriver X3系列驅動芯片當仁不讓。其中緊湊型驅動芯片1ED314X系列,外形小巧,功能全面,是驅動SiC MOSFET的性價比之選:
1
驅動芯片最大輸出電壓高達35V,滿足SiC MOSFET高門極電壓的需求。
2
共模抑制比CMTI大于300kV/us,遠高于光耦和容隔芯片。
3
45ns的傳播延遲,和7ns的傳播延時誤差,適合SiC MOSFET的高頻開關特性。
4
通過UL1577認證,可適用于650V,1200V,1700V,2300V IGBT, SiC and Si MOSFET。
5
具備開通和關斷分開的引腳,可為開通和關斷過程設置不同的門極電阻。
6
具有有源關斷和短路鉗位的功能。
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