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            SiCer小课堂 l 浅谈硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别

             IGBT与碳化硅MOSFET驱动两者电气参数特性差别较大,碳化MOSFET对于驱动的要求也不同于传统器件,主要体现在GS开通电压、GS关断电压、短路保护、信号延迟和抗干扰几个方面,具体如下:

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            01

            开通关断

                   对于全控型开关器件来说,配置合适的开通关断电压对于器件的安全可靠具有重要意义:

            1)IGBT:各厂家IGBT对开通关断电压要求一致:
            • 要求开通电压典型值15V;

            • 要求关断电压值范围-5V~-15V,客户根据需求选择合适值,常用值有-8V、-10V、-15V;

            • 优先稳定正电压,保证开通稳定。

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            2)碳化MOSFET:不同厂家碳化MOSFET对开关电压要求不尽相同:

            • 要求开通电压较高22V~15V;

            • 要求关断电压较高-5V~-3V;

            • 优先稳负压,保证关断电压稳定;

            • 增加负压钳位电路,保证关断时候负压不超标。

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            02

            短路保护

                   开关器件在运行过程中存在短路风险,配置合适的短路保护电路,可以有效减少开关器件在使用过程中因短路而造成的损坏。IGBT相比,碳化MOSFET短路耐受时间更短。

            1)IGBT:

                  IGBT的承受退保和短路的时间一般大于10μs,在设计IGBT的短路保护电路时,建议将短路保护的检测延时和相应时间设置在5-8μs较为合适。

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            2)碳化MOSFET

            一般碳化MOSFET模块短路承受能力小于5μs,要求短路保护在3μs以内起作用。采用二极管或电阻串检测短路,短路保护最短时间限制在1.5μs左右。

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            03

            碳化硅MOSFET驱动的干扰及延迟

            1)高dv/dt及di/dt对系统影响

            在高压大电流条件下进行开关动作时,器件开关会产生高dv/dt及di/dt,对驱动器电路产生影响,提高驱动电路的抗干扰能力对系统可靠运行至关重要,可通过以下方式实现:

            • 输入电源加入共模扼流圈及滤波电感,减小驱动器EMI对低压电源的干扰;

            • 次边电源整流部分加入低通滤波器,降低驱动器对高压侧的干扰;

            • 采用共模抗扰能力达到100kV/μs的隔离芯片进行信号传输;

            • 采用优化的隔离变压器设计,原边与次边采用屏蔽层,减小相互间串扰;

            • 米勒钳位,防止同桥臂管子开关影响。

            2)低传输延迟

            通常情况下,硅IGBT的应用开关频率小于40kHZ碳化MOSFET推荐应用开关频率大于100kHz,应用频率的提高使得碳化MOSFET要求驱动器提供更低的信号延迟时间。碳化MOSFET驱动信号传输延迟需小于200ns,传输延迟抖动小于20ns,可通过以下方式实现:

            • 采用数字隔离驱动芯片,可以达到信号传输延迟50ns,并且具有比较高的一致性,传输抖动小于5ns;

            • 选用低传输延时,上升下降时间短的推挽芯片。


                   总之,相比于IGBT碳化MOSFET在提升系统效率、功率密度和工作温度的同时,对于驱动器也提出了更高要求,为了让碳化MOSFET更好的在系统中应用,需要给碳化MOSFET匹配合适的驱动。


            接下来介绍基本半导体碳化硅MOSFET及驱动产品

            碳化硅MOSFET

            基本半导体自主研发的碳化硅 MOSFET 具有导通电阻低,开关损耗小的特点,可降低器件损耗,提升系统效率,更适合应用于高频电路。在新能源汽车电机控制器、车载电源、太阳能逆变器、充电桩、UPS、PFC 电源等领域有广泛应用。

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            碳化硅驱动

            1、半桥两并联功率单元

            该产品是青铜剑科技为基本半导体碳化硅 MOSFET 量身打造的解决方案,搭配本半导体TO-247-3 封装碳化硅 MOSFET。

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            2、通用型驱动核

            1CD0214T17-XXYY 是青铜剑科技自主研发的一系列针对于单管碳化硅MOSFET 的单通道驱动核,可以驱动目前市面上大部分 1700V 以内的单管碳化硅 MOSFET, 该驱动核设计紧凑,通用性强。

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            3、电源模块

            Q15P2XXYYD 是青铜剑科技自主研发的单通道系列电源模块,支持多种栅极输出电压,可灵活应用于碳化硅MOSFET驱动。该电源模块尺寸为19.5 X 9.8 X 12.5 mm, 设计紧凑, 通用性强。

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