如何更好的使用EiceDRIVER™ IC驱动SiC MOSFET

 

英飞凌将重磅亮相2023 PCIM Asia

设立“绿色能源与工业”

“电动交通和电动出行”

“智能家居”

三大核心展示区域

8月29日-31日，我们现场不见不散！

 

碳化硅（SiC MOSFET）和氮化镓(GaN)因其高频率、低损耗的特性得到广泛的应用，但对驱动系统的性能提出了更高的要求。英飞凌最新一代增强型EiceDRIVER 1ED34X1系列可提供高的输出电流、米勒钳位保护、精准的短路保护、可调的软关断等功能，为新一代的功率器件保驾护航。

 

EiceDRIVER增强型1ED34X1主要特色：

 

单通道隔离型栅极驱动芯片

输出电流典型值+3/6/9A

功能绝缘电压高达2300V

带米勒钳位、Desat短路保护、软关断

CMTI > 200kV/µs

输出侧电压供电区间（VCC2-VEE2）最大可到40V

隔离能力和相关认证：UL 1577 & VDE 0884-11

封装：DSO16 300 mil宽体封装8mm爬电距离适用于IGBTs,MOSFETs,CoolSiC SiC MOSFET

 

 

 

 

北京晶川电子基于1ED3491设计了一款适配于SiC MOSFET驱动板：2SID-1ED3X-62MM-1206D0

 

主要特色：

 

2路输出，适用于62mm封装半桥器件

高度集成的隔离电源

短路保护

欠压保护

米勒钳位

兼容5V/15V PWM信号

高级驱动IC：1ED3491MU12M

适配于：

FF4MR12KM1H,1200V,4mΩ 62mm封装模块

FF2MR12KM1H,1200V,2mΩ 62mm封装模块

 

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1ED34X1高输出电流能力有利于减少

功率器件的开关损耗，并节约推挽电路成本

 

EiceDRIVER 1ED3491具有高达9A的输出电流典型值，在驱动大功率模块的时候可省去推挽电路实现节约成本、减少传播延时、提高开关速度，减少开关损耗。

 

 

我们通过双脉冲开关实验，对比了两种驱动方式的开关损耗：

 

测试板1：搭载1ED3491的驱动板2SID-1ED3X-62MM-1206D0

测试板2：搭载1ED020I12-F2（2A）及推挽元件IXDN609(9A)

模块型号：FF2MR12KM1H

驱动电压：+18V/-3.5V

Vbus=600V  Id=370A

 

CH2：下管Vgs、CH3：下管Vds

CH4：电流Id、CHm1：损耗

图1、1ED3491驱动模块损耗Eon=22.3mJ

图2、1ED3491驱动模块损耗Eoff=14.09mJ

图3、2A驱动IC+推挽驱动模块损耗Eon=24.6mJ

图4、2A驱动IC+推挽驱动模块损耗Eoff=15.2mJ

 

从测试结果可看出，使用1ED3491，比使用2A驱动+推挽的方式，开通损耗Eon降低了2.3mJ，降低大概9.3%。关断损耗Eoff降低了1.1mJ，降低大概7.2%。

 

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1ED34X1米勒钳位抑制寄生导通，

可外置MOSFET增强钳位能力

 

以下图为例展示米勒寄生导通产生的原因：在上管的开通时刻，下管关断，DS间电压上升，产生电压变化率dv/dt，dv/dt通过(Cgd)米勒电容向栅极注入电流。米勒电流跨越整体栅极路径使得下管栅极上出现电压尖峰。如果下管Vgs尖峰超过器件的Vgs(th)，则可能会发生半桥直通现象。低阈值电压的功率器件，如SiC MOSFET，更有可能受到此影响损坏。如下图5。

 

图5、米勒效应图解

 

1ED34X1系列集成米勒钳位功能。钳位方式分为两种。一种是直接钳位，例如1ED3431，即直接把clamp pin接到IGBT的门极。这种情况下钳位电流的典型值是2A，适用于100A以下的IGBT。

 

 

另一种方式是在clamp pin外接一个N-MOSFET，来扩展钳位电流，以适应更大电流IGBT的需求。例如1ED3461及1ED3491。根据外接NMOS型号的不同，钳位电流最大可扩展到20A。

 

 

驱动板2SID-1ED3X-62MM-1206D0在做SiC MOSFET双脉冲测试时，首先没有外接米勒钳位MOS，米勒效应引起了明显的门极电压过冲，如图6.1-2中CH1黄色通道红圈部分，Vgs尖峰2.08V， △V=5.58V。然后将1ED3491 CLAMPDRV脚外接5.4A MOS（PMV45EN），米勒钳位功能起到了立竿见影的效果，如图7.1-2中CH1黄色通道红圈部分，Vgs尖峰降为-1.26V，△v只有2.24V。

 

驱动电压：+18V/-3.5V

CH1：上管Vgs、CH2：下管Vgs

CH3：下管Vds、CH4：电流Id

未加米勒钳位测试的全图与展开波形图

加米勒钳位测试的全图与展开波形图

 

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1ED34X1(clamp driver)Desat保护时间、

软关断时间精确可调

 

由于SiC MOSFET器件短路耐受时间相对较短，CoolSiC MOSFET Easy封装模块在+15V驱动供电时，数据手册标称短路时间只有2us例如：FF17MR12W1M1H_B11。而62mm封装的CoolSiC模块虽然没有标称短路时间，但仍然有一定的短路能力，这里我们使用62mm封装的模块来验证1ED3491的短路保护功能。

 

1ED34X1具有退饱和保护功能。以往短路保护消隐时间需要通过外接电容来实现，而1ED34X1系列则不需要外接电容，它通过ADJB引脚连接不同阻值的电阻可设置不同的消隐时间，共有16档可调，DESAT滤波时间tDESATfilter:1.6µs至4.0µs，Leading edge消隐时间tDESATleb:0.65µs至1.15µs。1ED34x1还具有在故障情况下软关断的功能。在器件出现过流故障的情况下，驱动芯片将会使用较低的电流关断IGBT，将会减慢IGBT的di/dt，避免出现过高的电压尖峰损坏IGBT。软关断的参数通过ADJA连接的电阻可调。系列中每一款芯片都有16档关断电流。

 

图8为当ADJA下拉电阻=10K、ADJB下拉电阻=100K的SiC短路波形，此时短路保护时间为1us，软关断时间为1.23us，能够满足SiC MOSFET 2us短路时间的苛刻要求。

 

CH1：Flt信号、CH2：下管Vgs、CH3：Desat信号

图8、短路保护时间1us+软关断时间1.23us

 

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 总结 

 

得益于英飞凌驱动1ED3491做强大的后盾，晶川驱动板2SID-1ED3X-62MM-1206D0能出色的驱动和保护SiC MOSFET。1ED34X1系列驱动芯片9A的输出电流能力省钱又省力、Clamp防直通立竿见影、Desat快准稳、Soft-off轻松防过压、DSO16封装小驱动更紧凑。英飞凌X3系列是驱动SiC MOSFET和IGBT的不二之选。