英飞凌EiceDRIVER™技术以及应对SiC MOSFET驱动的挑战

 

碳化硅MOSFET导通损耗低，开关速度快，dv/dt高，短路时间小，对驱动电压的选择、驱动参数配置及短路响应时间都提出了更高的要求。英飞凌零碳工业功率事业部产品工程师郑姿清女士，在2023 IPAC英飞凌工业功率技术大会上，发表了《英飞凌EiceDRIVER技术以及应对SiC MOSFET驱动的挑战》的演讲，详细剖析了SiC MOSFET对驱动芯片的需求，以及我们如何应对这种挑战。

 

门极电压对损耗的影响

 

 

(a) 使用高门极电压可降低功率器件的导通损耗。相比于硅IGBT，SiC MOS的导通损耗受门极电压影响更大，所以SiC MOSFET普遍推荐Vgs=18V。而更高的门极电压需要更宽电压范围的驱动芯片。

(b) 门极电压越高，开通损耗越小。门极电压对关断损耗的影响相对较小，大电流情况下，关断损耗随门极电压的降低才比较明显。
 

 

 

(c) 如果使用图腾柱拓扑，三极管的VBE和二极管的VF会使门极电压下降，而直接使用大输出电流的驱动芯片可使SiC导通和开关损耗更低。

 

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将开通和关断解耦可提供一种EMC的解决思路。

 

 

对于SiC MOSFET，关断损耗相对开通损耗占比小得多，可以使用小的开通电阻和大的关断电阻来平衡开关损耗和EMC。

 

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应对米勒导通的方案

 

 

(a) 米勒寄生导通指原本应该处于关断状态的器件，由于Vce或者Vds的变化，通过GC或者GD之间的电容产生分布电流，灌入门极引起门极电压的抬高，如果门极电压抬高到阈值电压以上，就有可能带来直通的风险。而且考虑到在高温条件下，门极的阈值一般会降低；但在低温时dv/dt更大，所以建议在高低温下都需要确认是否有寄生导通现象。

 

(b) 有的驱动芯片内部会集成米勒钳位电路，它的原理是通过控制一个小mos管开关，来提供给门极一个低阻抗泄放回路。

(c) 有的米勒钳位MOS管集成在驱动芯片内部，适合分立器件和小功率模块，不用额外增加元器件。有的驱动芯片，比如英飞凌X3系列的1ED3461和1ED3491，它通过外接钳位管的方式，拓展米勒钳位能力，适合大功率模块。

 

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更快速的短路响应

 

 

(a) 功率器件短路时具有退饱和现象，即短路时功率器件CE或DS两端电压会迅速上升至母线电压。可利用这一特性来进行短路检测。英飞凌CoolSiC MOSFET可保证2~3us的短路时间，所以退饱和检测的快速响应非常重要。

(b) 参数可配置的驱动芯片1ED34XX/1ED38XX可以更加精确地设定退饱和消隐时间和滤波时间，最小响应时间tDESATleb=0.4µs,tDESATfilter=0.23 µs。

 

 

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总结