博世推出EG120电流源门极驱动方案

 

 

众所周知，博世拥有高性能SiC ，但是因为SiC的可靠性问题和一致性问题始终困扰着众多研发人员，那么应该如何更好的发挥SiC的性能呢？

博世提出了突破性的驱动方案。

 

话不多说，我们直接上产品特点：

·  可编程电流源门极控制，最多可配置开关状态2*133 个profile

·  四路独立门极控制，四路可同步或者异步输出，每路最大输出能力2.5A

·  具备功率晶体管在线健康监测功能

·  集成有源米勒钳位和主动放电功能

·  采用容隔技术，CMTI>150V/ns

·  DC-link过压原边快速预警

·  四路门极输出过压，欠压，短路检测

·  2个12位ADC支持电压和NTC温度检测

·  依据ISO26262支持ASIL D系统

鉴于篇幅原因，小编会着重展开讲EG120前三个特点。

针对第一点，EG120不同市面上常见的电压源驱动，而是内置可编程控制的电流源。这意味着搭配EG120再也不需要门极驱动电阻了，只需要软件上动动手指就可以变更功率器件的开关速度啦。

这简直是硬件工程师的福音，再也不用因为某种测试项目不通过，而辛苦的改N路驱动电阻了。

既然都是可编程电流源，那精细化开关过程控制也不难啊，没错，请看：

开通波形示例（绿色为I_G）

这里，我们已开通为例，可以看到门极电流可以分成5个阶段，我们内部叫"gate shaping" ，是不是有一种电流“变形金刚”的即视感。EG120每个阶段都可以调整时间和电流大小。相应的，关断门极电流有4个可控阶段。

通过运用EG120精细化控制，可以实现器件更快的开关，更小的overshoot以及可以达到降低系统EMC的作用。

如果考虑到汽车的mission profile，电流驱动可以更灵活的适配每一个profile。具体分解来看，我们可以以一个三维矩阵上的小方块来对应每一个不同的profile。

下面筛选条件按照母线电压，相电流和温度为例。通过EG120, 使得SiC模块体验了“无级变速”的舒适感！

根据测试数据，对比电压源固定驱动电阻方案，EG120通过选择合适的profile可以在中部负载电流条件下降低将近50%的开关损耗。而中小段负载电流往往是占比整车mission profile中最多的。妥妥的”节能小专家“。

EG120还独具创新的开发了4路独立门极，每路2.5A的驱动能力。这意味着EG120可以连接4组SiC裸片或者4组单管，这样即使有一路门极损坏，剩下的三路依旧有着7.5A的驱动能力。当然这只是一小部分好处，这个设计其实是为了与我们的健康监测搭配使用的。

EG120可以进入特定的参数识别状态，在此状态下，EG120结合MCU算法可以读取功率晶体管的门极电容参数（Cgs、Cgd）和开通阈值电压（Vth）。

需要注意的是，该状态不同于正常的工作状态，进入参数识别状态频次完全是由MCU决定的。众所周知，SiC一直有着Vth漂移的问题，虽然芯片厂通过各种措施可以保证生命周期内的稳定，但多一个实时检测的数据岂不是美哉？通过这些数据，OEM也可以不断修正寿命模型和监测功率芯片状态。

那进一步，如果我们把独立门极和参数识别搭配使用会发生什么呢？目前，SiC芯片参数一致性与IGBT相比较差，首先我们可以读取SiC芯片参数，然后通过MCU算法调整之前制定的profile，就可以实现芯片更好的均流。

恒定门极电流、统一门极控制（左）

门极电流可变、独立门极控制（右）

这里我们选取了一个晶圆上两个Vth差距较大的裸片，针对这两个裸片我们并联进行双脉冲测试，图左模拟了现在主流电压源驱动，一个门极驱动连接多个芯片的控制方案，可以看到两颗芯片的开关损耗差异很大，这是因为Vth小的芯片开通快并承担了大部分电流的原因。图右我们使用EG120门极电流可变，每个芯片单独驱动的方案，我们可以实现两颗芯片达成均流，其开关损耗几乎没有差异的效果。

所以当我们搭配使用EG120独立门极和参数识别功能，会有更好的均流效果，可以实现现有模块更大的电流能力。同理，在保证相同的模块出流情况下，可以减少SiC芯片的使用数量或者面积。

综上，使用EG120驱动可以有效地降低SiC开通和关断损耗，实现模块内芯片更好的均流效果以及监测芯片状态。当然作为一款车规级驱动芯片，EG120还包含了各式各样的保护功能，感兴趣的小伙伴可以与小编联系来获取更多一手资料。

 

审核编辑：刘清