一种智能的碳化硅MOSFET驱动核及驱动要(yao)求(qiu)与特性详(xiang)解-KIA MOS管
信息来源：本站 日(ri)期：2020-04-27
在SiC MOSFET的开(kai)发与(yu)应用方面(mian)，与(yu)相同功率等级的Si MOSFET相比，SiC MOSFET导通电阻、开(kai)关损耗大(da)幅(fu)降低，适用于(yu)更(geng)高(gao)的工作(zuo)频率，另由(you)于(yu)其高(gao)温工作(zuo)特性，大(da)大(da)提高(gao)了(le)高(gao)温稳(wen)定(ding)性。
近年来，以碳(tan)化(hua)硅(gui)、氮化(hua)镓材料为(wei)代表的(de)(de)第三(san)代宽(kuan)禁(jin)带(dai)(dai)功率(lv)半导(dao)体(ti)器件越(yue)来越(yue)受(shou)到客户的(de)(de)追捧。特别是碳(tan)化(hua)硅(gui)材料的(de)(de)MOSFET、肖(xiao)特基二极管(guan)，以其宽(kuan)带(dai)(dai)隙(xi)，高(gao)电(dian)场强度，良好散热特性，以及(ji)高(gao)可靠性等特点，为(wei)客户的(de)(de)产品带(dai)(dai)来高(gao)效率(lv)，高(gao)频(pin)率(lv)，小体(ti)积，降低(di)系统成(cheng)本(ben)等效益，广泛应用于光伏(fu)发电(dian)，新能源汽(qi)车(che)，通信(xin)基站(zhan)电(dian)源，充电(dian)桩(zhuang)，高(gao)铁，电(dian)网输电(dian)等领域(yu)。
业界领先的(de)(de)碳化硅制造商Wolfspeed（A Cree Company），推(tui)出650V～15kV的(de)(de)SiC MOSFET器件(jian)，凭借(jie)其优越的(de)(de)性能(neng)、可靠的(de)(de)品(pin)质(zhi)以及强有力(li)的(de)(de)技术支持，赢得了(le)客户的(de)(de)信(xin)赖，成为引(yin)领市场发展的(de)(de)产品(pin)。其中，650V～1700V的(de)(de)分(fen)立器件(jian)SiC MOSFET尤其受到(dao)欢迎。
碳化(hua)硅MOSFET拥(yong)有超低的开关(guan)损(sun)耗，仅(jin)为(wei)硅IGBT十分之一，快速开关(guan)的特性意味(wei)着可以(yi)实现系统的高频化(hua)和(he)小型(xing)化(hua)，并提高效率。
高压及超(chao)快的(de)(de)(de)(de)开(kai)关(guan)(guan)速(su)度带(dai)来的(de)(de)(de)(de)超(chao)高di/dt，dv/dt，会(hui)通过系统(tong)的(de)(de)(de)(de)杂(za)散电感，电容形成干扰，对设计工程(cheng)师带(dai)来了新的(de)(de)(de)(de)挑战。原有的(de)(de)(de)(de)Si MOSFET应用(yong)(yong)设计理论还会(hui)适(shi)用(yong)(yong)，然而一些在(zai)硅(gui)器(qi)(qi)件开(kai)关(guan)(guan)速(su)度的(de)(de)(de)(de)环境下是微不足道的(de)(de)(de)(de)参数，却会(hui)在(zai)高速(su)的(de)(de)(de)(de)SiC器(qi)(qi)件应用(yong)(yong)中产生至关(guan)(guan)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)影响(xiang)。
SiC MOSFET的(de)门极是一个耐(nai)压(ya)(ya)(ya)非对称体，以行业龙头Wolfspeed器件为(wei)例，其第二代SiC MOSFET的(de)耐(nai)受(shou)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)为(wei)+25/-10V，推(tui)荐工作电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)为(wei)+20/-5V，其中(zhong)阈(yu)值电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)最小仅为(wei)+2.0V，与传统Si MOSFET，IGBT完全不兼容。改进后(hou)第三代的(de)耐(nai)受(shou)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)为(wei)+19/-8V，推(tui)荐工作电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)为(wei)+15/-4V，其中(zhong)最小阈(yu)值电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)下(xia)降到了(le)+1.7V（如(ru)下(xia)图所示）。在碳化硅MOSFET的(de)阈(yu)值电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)非常低，在超(chao)快速(su)(su)的(de)di/dt，dv/dt下(xia)，为(wei)了(le)避(bi)免高(gao)速(su)(su)开关带来(lai)的(de)串扰，譬如(ru)误开通，门极超(chao)压(ya)(ya)(ya)，直通短路等，需要(yao)在SiC MOSFET驱动设计上(shang)做一些必要(yao)的(de)改进。
SiC MOSFET与传统MOSFET的门极耐受电压及阈值电压对比
为(wei)了让客户能够(gou)更(geng)快速地，更(geng)容易(yi)地使用(yong)并熟悉SiC MOSFET以及(ji)其驱动(dong)的性能及(ji)特性，深(shen)圳市鹏源电子有(you)限公司新推出的【α】系列驱动(dong)核（APD06XXXA1C-17），是专门为(wei)Wolfspeed公司的一系列分(fen)立SiC MOSFET设计的简单易(yi)用(yong)驱动(dong)器。
【α】系列驱动(dong)核(he)具有短路保(bao)护(hu)，米勒(le)钳位，过温保(bao)护(hu)，欠压保(bao)护(hu)等优异(yi)特(te)性(xing)(xing)，有简(jian)单(dan)易用(yong)(yong)的集(ji)成(cheng)驱动(dong)电(dian)(dian)源版(ban)本(ben)和性(xing)(xing)价比极高的外置驱动(dong)电(dian)(dian)源版(ban)本(ben)可(ke)供(gong)不同客户需(xu)要(yao)进行选择，目(mu)前(qian)(qian)集(ji)成(cheng)驱动(dong)电(dian)(dian)源版(ban)本(ben)已(yi)经可(ke)以(yi)供(gong)货。为(wei)了针(zhen)对(dui)第(di)二代(dai)和第(di)三(san)代(dai)SiC MOSFET的应(ying)用(yong)(yong)，【α】驱动(dong)核(he)目(mu)前(qian)(qian)推出APD06204A1C-17（+20V/-4），APD06153A1C-17（+15V/-3V）两个(ge)型号，可(ke)兼容Wolfspeed 650V～1700V单(dan)管(guan)SiC MOSFET，支持500kHz的开关频率，以(yi)及100kV/us的高dv/dt抗干扰能力。
1、导(dao)通电阻随温(wen)度变化率较小，高温(wen)情况下导(dao)通阻抗很低，能(neng)在(zai)恶劣的环境下很好的工作。
2、随(sui)着门极(ji)电(dian)压的(de)升高，导通电(dian)阻越小，表现更接近于(yu)压控电(dian)阻。
3、开通需要(yao)门极(ji)电荷较小，总体驱动功率较低，其体二极(ji)管Vf较高，但反(fan)向恢复(fu)性很(hen)好(hao)，可(ke)以降低开通损耗。
4、具有更(geng)小的结电容(rong)，关(guan)断速度较快(kuai)，关(guan)断损耗更(geng)小。
5、开关(guan)(guan)损耗小，可以(yi)进行高(gao)频开关(guan)(guan)动作，使(shi)得滤(lv)波器(qi)等无(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)小型化(hua)，提(ti)高(gao)功(gong)率密度。
6、开(kai)(kai)通电压(ya)高(gao)于(yu)高(gao)于(yu)SI器件，推荐使用Vgs为18V或(huo)者20V，虽然(ran)开(kai)(kai)启电压(ya)只有(you)2．7V，但(dan)只有(you)驱(qu)动电压(ya)达到(dao)18V～20V时才(cai)能完全开(kai)(kai)通。
7、误(wu)触发耐(nai)性稍差，需要(yao)有源(yuan)钳位电路或者施(shi)加(jia)负(fu)电压(ya)防止(zhi)其误(wu)触发。
1、触(chu)发脉(mai)冲有比较快的上升(sheng)速度和(he)下(xia)降速度，脉(mai)冲前沿和(he)后沿要陡(dou)。
2、驱动回路的阻抗不能太大，开(kai)通时(shi)快速对(dui)栅极电容(rong)(rong)充(chong)电，关断时(shi)栅极电容(rong)(rong)能够快速放(fang)电。
3、驱(qu)动(dong)电(dian)路能够提(ti)供足(zu)够大的(de)驱(qu)动(dong)电(dian)流
4、驱(qu)动电路能(neng)够(gou)提供足够(gou)大的驱(qu)动电压，减(jian)小SIC MOSFET的导通损耗。
5、驱动电路采用负压(ya)关(guan)断(duan)，防止(zhi)误导通，增强其(qi)抗干扰(rao)能力。
6、驱(qu)动(dong)(dong)(dong)电(dian)路整(zheng)个驱(qu)动(dong)(dong)(dong)回(hui)路寄生电(dian)感要小(xiao)，驱(qu)动(dong)(dong)(dong)电(dian)路尽量靠近功率管(guan)。
7、驱(qu)动电路峰值电流Imax要更大，减(jian)小(xiao)米勒(le)平台的持(chi)续时(shi)间，提高开关速(su)度。
对于有IGBT驱动(dong)电(dian)路设(she)(she)计经验(yan)的(de)工程(cheng)师来说，SIC MOSFET驱动(dong)电(dian)路的(de)设(she)(she)计与IGBT驱动(dong)电(dian)路的(de)设(she)(she)计类似，可以在原来的(de)驱动(dong)电(dian)路上(shang)进行(xing)(xing)修改参(can)数进行(xing)(xing)设(she)(she)计。
SIC MOSFET电源(yuan)(yuan)的(de)设(she)计，根(gen)据其特性，需要有负压(ya)(ya)关断和(he)相比SI MOSFET较高的(de)驱动电压(ya)(ya)，一般设(she)计电源(yuan)(yuan)为－6V～＋22V，根(gen)据不同(tong)厂(chang)家(jia)(jia)的(de)不同(tong)Datasheet大(da)家(jia)(jia)选择(ze)合适的(de)电源(yuan)(yuan)正负电压的设计，这里只给出一个笼统的设计范围。可以(yi)将IGBT模(mo)(mo)(mo)块驱动电源进行稍微修改使用在这里，比如，特(te)斯拉(la)在分立(li)IGBT和SIC IGBT上都是用反激电源，具(ju)体电路参考历(li)史文章中对(dui)特(te)斯拉(la)Model S 与Model 3的硬件对(dui)比分析(xi)中，也可以(yi)使用电源模(mo)(mo)(mo)块，比如国内做的比较好的金升阳的电源模(mo)(mo)(mo)块，可以(yi)降低(di)设计难度，但成本也会相应(ying)的升高。
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