浅谈碳化硅mosfet驱动与硅IGBT的区别 应用与分类

碳化硅mosfet

本文主要讲硅(gui)(gui)IGBT与(yu)碳化(hua)硅(gui)(gui)MOSFET驱(qu)动的(de)区别。我们先来看看碳化(hua)硅(gui)(gui)mosfet概述：在SiC MOSFET的(de)开(kai)发与(yu)应(ying)用(yong)(yong)方面，与(yu)相(xiang)同功(gong)率(lv)等级的(de)Si MOSFET相(xiang)比，SiC MOSFET导通电阻、开(kai)关损耗大幅降低，适(shi)用(yong)(yong)于更高(gao)的(de)工作(zuo)频率(lv)，另由于其(qi)高(gao)温工作(zuo)特性(xing)，大大提高(gao)了(le)高(gao)温稳定性(xing)。

碳化硅mosfet驱动与硅IGBT的区别

硅(gui)IGBT与碳化(hua)硅(gui)MOSFET驱动两者电气参数特(te)性(xing)差别较大，碳化(hua)硅(gui)MOSFET对于驱动的要(yao)求(qiu)也不同于传统(tong)硅(gui)器件(jian)，主要(yao)体(ti)现(xian)在(zai)GS开通电压、GS关断(duan)电压、短(duan)路保护、信(xin)号延迟和抗干(gan)扰(rao)几个方面，具体(ti)如下：

（一）开通关断

对于(yu)全控型开关(guan)器(qi)件来说，配置合适的(de)开通关(guan)断电压对于(yu)器(qi)件的(de)安(an)全可靠具有重要意义：

1）硅IGBT：各厂(chang)家硅IGBT对(dui)开通关断电压(ya)要求一致(zhi)：

要求开通电(dian)压(ya)典型值15V；

要求(qiu)关断电压值范围-5V~-15V，客户根据(ju)需求(qiu)选择合适(shi)值，常(chang)用(yong)值有-8V、-10V、-15V；

优先(xian)稳(wen)定正电压，保证开通稳(wen)定。

2）碳(tan)化(hua)硅(gui)MOSFET：不(bu)同厂家碳(tan)化(hua)硅(gui)MOSFET对(dui)开关电压(ya)要求不(bu)尽相同：

要求开(kai)通电压较高22V~15V；

要求关断电压较高-5V~-3V；

优先(xian)稳负压，保证关断电压稳定；

增加(jia)负(fu)压钳位电路，保证关断(duan)时候负(fu)压不超标。

（二）短路保护

开关(guan)器件(jian)在(zai)运行过程中(zhong)存在(zai)短(duan)路(lu)风险，配置合适的(de)短(duan)路(lu)保护(hu)电路(lu)，可以有效减少(shao)开关(guan)器件(jian)在(zai)使(shi)用(yong)过程中(zhong)因短(duan)路(lu)而造成(cheng)的(de)损坏。与(yu)硅IGBT相(xiang)比，碳化硅MOSFET短(duan)路(lu)耐受时间更(geng)短(duan)。

1）硅IGBT：

硅IGBT的(de)承受退(tui)保和(he)短(duan)路的(de)时(shi)间一(yi)般小于10μs，在设(she)计硅IGBT的(de)短(duan)路保护电(dian)路时(shi)，建议将短(duan)路保护的(de)检测延时(shi)和(he)相(xiang)应时(shi)间设(she)置在5-8μs较(jiao)为合适。

2）碳化硅MOSFET

一(yi)般(ban)碳化硅(gui)MOSFET模块短路承受能力(li)小于(yu)5μs，要求短路保护(hu)在3μs以内起作(zuo)用。采用二极(ji)管或电(dian)阻串(chuan)检测短路，短路保护(hu)最(zui)短时间限(xian)制在1.5μs左(zuo)右(you)。

（三）碳化硅MOSFET驱动的干扰及延迟

1）高(gao)dv/dt及di/dt对(dui)系统影响

在高(gao)压大电流条(tiao)件(jian)下进(jin)行(xing)开关动(dong)作时，器件(jian)开关会产(chan)生(sheng)高(gao)dv/dt及di/dt，对(dui)驱动(dong)器电路(lu)产(chan)生(sheng)影响(xiang)，提(ti)高(gao)驱动(dong)电路(lu)的抗(kang)干(gan)扰(rao)能力对(dui)系统可靠运(yun)行(xing)至关重要(yao)，可通过以下方式实(shi)现：

输入电(dian)源(yuan)(yuan)加入共模扼流(liu)圈及滤波(bo)电(dian)感，减(jian)小驱动(dong)器EMI对(dui)低压电(dian)源(yuan)(yuan)的干扰；

次边电源整(zheng)流部分加入低通滤波器(qi)，降低驱动器(qi)对高压侧(ce)的干扰；

采(cai)用共(gong)模抗(kang)扰能力达到(dao)100kV/μs的隔离芯片(pian)进行信号传(chuan)输；

采用优化的隔离变压器设(she)计，原边与次(ci)边采用屏(ping)蔽层，减小相互间串(chuan)扰；

米勒(le)钳(qian)位，防止(zhi)同桥臂管(guan)子(zi)开关影响。

2）低传输(shu)延(yan)迟(chi)

通常情况下，硅(gui)IGBT的应(ying)用(yong)开(kai)关频率(lv)小于40kHZ，碳化硅(gui)MOSFET推荐应(ying)用(yong)开(kai)关频率(lv)大于100kHz，应(ying)用(yong)频率(lv)的提(ti)高使得碳化硅(gui)MOSFET要求驱动(dong)器提(ti)供(gong)更低的信号(hao)延(yan)迟(chi)时间。碳化硅(gui)MOSFET驱动(dong)信号(hao)传输(shu)延(yan)迟(chi)需(xu)小于200ns，传输(shu)延(yan)迟(chi)抖动(dong)小于20ns，可通过以下方式实现：

采(cai)用数字隔离(li)驱(qu)动芯片，可(ke)以(yi)达到信(xin)号(hao)传(chuan)输(shu)延迟50ns，并且(qie)具(ju)有比(bi)较高的(de)一致性，传(chuan)输(shu)抖(dou)动小于5ns；选用低传(chuan)输(shu)延时(shi)，上升下降时(shi)间短的(de)推挽芯片。

总(zong)之，相比(bi)于硅(gui)IGBT，碳化硅(gui)MOSFET在提升系(xi)统(tong)效率、功率密(mi)度和工(gong)作温度的同(tong)时，对于驱动器也提出(chu)了(le)更高要求，为了(le)让碳化硅(gui)MOSFET更好的在系(xi)统(tong)中(zhong)应(ying)用(yong)，需要给碳化硅(gui)MOSFET匹配(pei)合适(shi)的驱动。

基本半导体碳化硅MOSFET及驱动产品-碳化硅MOSFET

基本(ben)半导体自主研发的碳化硅 MOSFET 具(ju)有导通(tong)电阻低，开关(guan)损耗(hao)小的特点，可降低器(qi)件损耗(hao)，提升(sheng)系(xi)统效率(lv)，更适(shi)合应用于高频电路。在新能源(yuan)(yuan)汽车电机(ji)控制(zhi)器(qi)、车载电源(yuan)(yuan)、太阳能逆变器(qi)、充电桩(zhuang)、UPS、PFC 电源(yuan)(yuan)等领域有广泛应用。

1、半桥两并联功(gong)率单(dan)元

该产(chan)品(pin)是青铜剑科技为基本半导体碳(tan)化(hua)硅(gui) MOSFET 量身打(da)造的解决方案，搭配基本半导体TO-247-3 封装(zhuang)碳(tan)化(hua)硅(gui) MOSFET。

2、通(tong)用(yong)型(xing)驱动核

1CD0214T17-XXYY 是青(qing)铜剑(jian)科技(ji)自主(zhu)研发的一系列针对于单(dan)(dan)管碳化硅(gui)(gui)MOSFET 的单(dan)(dan)通道驱(qu)动(dong)核，可以驱(qu)动(dong)目前市面上大部分(fen) 1700V 以内的单(dan)(dan)管碳化硅(gui)(gui) MOSFET， 该驱(qu)动(dong)核设(she)计紧凑，通用性(xing)强。

3、电源模(mo)块

Q15P2XXYYD是(shi)青铜剑科(ke)技自主研发的单通道系列电源模(mo)块(kuai)，支持多(duo)种(zhong)栅极输出电压(ya)，可(ke)灵活应用(yong)于碳(tan)化硅(gui)MOSFET驱动。该电源模(mo)块(kuai)尺寸为 19.5 X 9.8 X 12.5 mm，设(she)计紧凑，通用(yong)性强(qiang)。

碳化硅mosfet的应用与分类

（一）应用

碳化硅(gui)mosfet模块在光伏、风电(dian)、电(dian)动(dong)(dong)汽(qi)车(che)及轨道交通等中高(gao)(gao)功(gong)率(lv)电(dian)力(li)系统应用(yong)上具有(you)(you)巨大的(de)优势。碳化硅(gui)器件(jian)的(de)高(gao)(gao)压(ya)高(gao)(gao)频和高(gao)(gao)效(xiao)率(lv)的(de)优势，可以(yi)突破现有(you)(you)电(dian)动(dong)(dong)汽(qi)车(che)电(dian)机设计(ji)上因器件(jian)性能而受到的(de)限制(zhi)，这是(shi)目前国内外(wai)电(dian)动(dong)(dong)汽(qi)车(che)电(dian)机领域研发的(de)重点。如(ru)电(dian)装和丰田合作开(kai)发的(de)混合电(dian)动(dong)(dong)汽(qi)车(che)（HEV）、纯电(dian)动(dong)(dong)汽(qi)车(che)（EV）内功(gong)率(lv)控制(zhi)单元（PCU），使用(yong)碳化硅(gui)MOSFET模块，体积比减(jian)小到1/5。

三菱(ling)开发的EV马达驱动(dong)系统，使用(yong)SiC MOSFET模(mo)(mo)块(kuai)，功率(lv)驱动(dong)模(mo)(mo)块(kuai)集成到了电机内(nei)，实现了一体化和小型化目(mu)标(biao)。预计在(zai)2018年-2020年碳化硅MOSFET模(mo)(mo)块(kuai)将广泛应用(yong)在(zai)国内(nei)外的电动(dong)汽车(che)上。

（二）分类

SiC-MOSFET 是碳(tan)化硅电力电子器(qi)件研究中最受(shou)关注的器(qi)件。在Si材料已经接近理(li)论性(xing)能极限(xian)的今天，SiC功率(lv)器(qi)件因(yin)其(qi)高(gao)耐压、低(di)损耗、高(gao)效率(lv)等特性(xing)，一直被视为“理(li)想器(qi)件”而(er)备(bei)受(shou)期待。

然而，相对于以(yi)往的Si材质器(qi)件(jian)，SiC功(gong)率器(qi)件(jian)在性能与成本(ben)间的平衡(heng)以(yi)及其对高工艺的需求，将(jiang)成为SiC功(gong)率器(qi)件(jian)能否真正普(pu)及的关(guan)键。

联系方(fang)式：邹先生

联系电话：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳(zhen)市福田(tian)区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微(wei)信公(gong)众(zhong)(zhong)号:“KIA半(ban)导体”或(huo)扫(sao)一(yi)扫(sao)下图(tu)“关注”官方微(wei)信公(gong)众(zhong)(zhong)号

请“关注”官方微信公众号:提供 MOS管 技术帮助