碳化硅技术评估平台

英飞凌设计的平台，旨在通过 TO247 3 和 4 引脚中的 EiceDRIVER IC 和 CoolSiC™ MOSFET 突出 SiC 器件的性能。

的评价平台主板双极供给1EDC60H12AH和驱动板V2 - -米勒钳位1EDC20I12MH用1200V的CoolSiC™MOSFET在TO247 3针/ 4针IMZ120R045M1备件如驱动板V1汇集一起。一是避免寄生开关，二是获得双极电源。该板的最大工作电压为 800 V，脉冲电流为 130 A。

英飞凌的 CoolSiC™ MOSFET具有 4.5V 的典型栅源阈值电压。推荐的栅极上电电压为+15V，推荐的关断电压为0V。要评估具有负关断栅极电压的 CoolSiC™ MOSFET 的性能，1EDC60H12AH 提供的双极电源就足够了。

栅极驱动电压范围为 -5V 至 +20V，通过 SMA-BNC 进行连接并通过可选的同轴分流器进行电流测量。散热器的设计允许在各种温度下进行测试。

英飞凌选择的模块化方法允许它使用其他控制屏蔽进行扩展。

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碳化硅控制技术

碳化硅 (SiC) 器件越来越多地用于对尺寸、重量和效率有严格要求的高压功率转换器，因为与常用的硅 (Si) 相比，它们具有许多有趣的特性。 

与基于 IGBT 和 MOSFET 等开关的传统硅 (Si) 相比，碳化硅 MOSFET 具有许多优点，例如低栅极电荷水平、能够实现高开关电压、不依赖于温度的低开关损耗。坚固的 SiC 开关是 LLC 和 ZVS 转换器等开关拓扑的理想选择。碳化硅技术可以在高达 1,700 V 的电压下运行。因此，碳化硅器件几乎完全取代了能源、工业和运输领域的硅绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。 

所有栅极驱动项目的一个关键要素是选择栅极驱动电压电平。CoolSiC 技术允许设计人员在 18 V 和 15 V 栅极点火电压之间进行选择。另一方面，关闭电压只需要确保设备保持安全关闭。 

如此巨大的优势使 SiC MOSFET 成为大功率应用的有吸引力的开关晶体管，例如太阳能逆变器和非车载电动汽车 (EV) 充电器。由于特殊的沟槽结构，CoolSiC MOSFET 提高了沟道迁移率并提高了栅极氧化层的可靠性。

CoolSiC MOSFET 技术不仅旨在补充这种阻断电压等级的 IGBT，而且还旨在补充成功的 CoolMOS 技术。它们采用经典的三引脚 TO-247 封装以及四引脚版本的 TO-247，可实现更低的开关损耗。

由于导通电阻 (R DS (on)) 对温度的依赖性非常低，MOSFET 具有出色的热性能。这些器件具有坚固且稳定的体二极管，可保持极低水平的反向恢复电荷 (Qrr) — 比最好的超级结 CoolMOS MOSFET 低约 80%。换向稳健性有助于轻松实现 98% 的整体系统效率——例如，通过使用连续传导模式图腾柱功率因数校正 (PFC)。

硬件

图 1 显示了该平台的框图。该板的核心是由TO247-3-pin或4-pin的S1和S2开关组成的半桥。两个 Sx 均使用独立的栅极驱动器。电感L1安装在外部，不是英飞凌提供的。

图 1：评估平台框图（来源：英飞凌）

图 2：主板

图2所示的主板基本上分为两部分：右侧的主（初级）电源和左侧的（次级）电路电源。在初级侧，我们可以找到 12 V 电源（X102、X105）。半桥连接器 (X150 – X152) 位于次级侧。R102 和 R108 在 +7.5 和 +20V 之间调节驱动器电压。R105和R107在-1 V和-4.5 V之间调节负电压，+20 V和-5 V是来自DC/DC转换器G101和G104的固定电压。对于更高的温度，例如高达 175°C，散热器可与加热元件一起使用。

双极电源 1EDC60H12AH 板采用 1200 V 单高侧栅极驱动器，采用 UL 认证的电流隔离，采用宽体封装，采用适用于 IGBT 模块的 CT 技术。

输入逻辑引脚在 3 V 至 15 V 的宽输入电压范围内工作，使用缩放的 CMOS 阈值电平以支持 3.3 V 微控制器。跨隔离屏障的数据传输是通过无芯变压器技术实现的。该系列的每个驱动器都带有逻辑输入和驱动器输出欠压锁定 (UVLO) 和主动关断功能。为确保 IGBT 的正确开关，该器件配备了独立的输入和输出欠压锁定。对于双极电源，驱动器通常在 VCC2 处以 15 V 的正电压和 GND2 处与 IGBT 发射极相关的 -8 V 负电压工作。由于 IGBT 的输入电容（图 3 和 4）产生额外电荷，负电源有助于防止动态开启。

图 3：采用 1EDC60H12AH 的双极电源应用示例

图 4：双极电源 1EDC60H12AH 和米勒钳位 1EDC20I12MH 板

另一块板基于 1EDC20I12MH：1200 V 单高侧栅极驱动器 IC，具有 UL 认证的电流隔离、有源米勒钳位和短路钳位。它与无芯变压器进行电流隔离，适合在高环境温度和快速开关应用中运行。它在 UL 1577 下得到认可，绝缘测试电压为 VISO = 3000 V (rms)，持续 1 秒。

驱动器的典型正电源电压在 VCC2 处为 15V。使用有源米勒钳位功能可以防止 IGBT 异常动态开启，其中 CLAMP 输出直接连接到 IGBT 栅极（图 4 和 5）。

图 5：使用米勒钳位 1EDC20I12MH 的布局示意图（来源：英飞凌）

为了测量 MOSFET 漏极电流，英飞凌建议根据测试设备和测量仪器的 Rds(on) 使用图 6 所示的具有高带宽和电阻的同轴分流器。

图 6：同轴分流器（来源：英飞凌）

操作

测试所需的工具是提供 +12 V 的辅助电源、PWM 函数发生器和高压电源（约 800 V）。英飞凌提供的接线图如图 7 和图 8 所示。

图 7：电源连接示意图。用于低侧 MOSFET 或高侧二极管测试的半桥配置（来源：英飞凌）

图 8：电源连接示意图。用于高端 MOSFET 或低端二极管测试的半桥配置（来源：英飞凌）

将随附的板安装到主板上后，将跳线设置为所需的电源电压。操作需要在平台上焊接 DUT 和同轴分流器，并连接电源（VDC 高达 800 V）、辅助电源 12 V、函数发生器（用于双脉冲）和负载电感器。然后，通过施加 12 V 和双脉冲打开；和高压逐渐达到所需的水平。关闭：关闭高压电源；然后关闭辅助电源和函数发生器。

驱动板 V1 – 双极电源 1EDC60H12AH 可以从 +15V 到 -5V 供电，防止在恶劣环境中寄生返回。驱动板 V2 – 米勒钳位 1EDC20I12MH 使有源米勒钳位接地 VGS 为 0V。

审核编辑 黄昊宇