如何更好的驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET？——試用X3系列加強(qiáng)型半橋驅(qū)動(dòng)評(píng)估板

得益于寬禁帶半導(dǎo)體的材料優(yōu)勢(shì)，SiC MOSFET在電力電子行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。SiC MOSFET很多性能與傳統(tǒng)Si基器件不同，對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。為了最大化利用SiC MOSFET的性能優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)芯片的選擇需要著重考慮如下幾個(gè)方面：

01

更高的軌到軌電壓

IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓一般都是15V，而SiC MOSFET的推薦驅(qū)動(dòng)電壓各品牌并不一致，15V、18V、20V都有廠家在用。更高的門極驅(qū)動(dòng)電壓有助于降低器件導(dǎo)通損耗，SiC MOSFET的導(dǎo)通壓降對(duì)門極電壓的敏感性比IGBT更高，所以對(duì)SiC MOSFET使用高驅(qū)動(dòng)電壓的收益更大，具體分析可參考這篇文章《門極驅(qū)動(dòng)正壓對(duì)功率半導(dǎo)體性能的影響》。為了防止寄生導(dǎo)通，SiC MOSFET往往還需要負(fù)壓關(guān)斷。如果一個(gè)SiC MOSFET使用了Vgs=-5V~20V的門極驅(qū)動(dòng)電壓，那么就要求前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電壓至少是25V，再加一定的余量，一般取35V~40V之間比較合適。

02

更高的共模抑制比

SiC MOSFET是高頻器件，不管是上升還是下降過程中的電壓變化率dv/dt都遠(yuǎn)大于IGBT，這要求芯片本身具有較高的抗干擾度。常用于評(píng)估驅(qū)動(dòng)芯片抗擾度的參數(shù)為共模抑制比CMTI，是衡量驅(qū)動(dòng)芯片是否適用于SiC MOSFE的標(biāo)準(zhǔn)之一。

03

更高的絕緣等級(jí)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展需要引入新的電壓等級(jí)。比如，2kV SiC MOSFET可將1500VDC光伏系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從三電平簡化至兩電壓，能夠提高系統(tǒng)效率，但是隨著電壓的提升，只有基本絕緣或者功能絕緣的驅(qū)動(dòng)芯片明顯不適用。需要驅(qū)動(dòng)芯片具有加強(qiáng)絕緣能力。關(guān)于驅(qū)動(dòng)芯片的絕緣等級(jí)定義，可以參考《淺談驅(qū)動(dòng)芯片的絕緣安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)》。

04

抑制誤觸發(fā)

SiC MOSFET閾值電壓相對(duì)IGBT低很多，英飛凌閾值電壓大約是4.5V，而其他很多SiC MOSFET閾值電壓僅有2~3V。再加上SiC MOSFET開關(guān)時(shí)dv/dt很高，SiC MOSFET寄生導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)就格外嚴(yán)峻。這就要求驅(qū)動(dòng)芯片最好具有米勒鉗位功能。

05

更快的短路保護(hù)響應(yīng)時(shí)間

SiC MOSFET芯片面積小，電流密度高，發(fā)熱集中，所以SiC MOSFET的短路時(shí)間大大小于IGBT，英飛凌CoolSiC MOSFET單管保證至多3us的短路時(shí)間，而模塊保證至多2us的短路時(shí)間。在這么短的時(shí)間內(nèi)識(shí)別出短路并關(guān)斷功率器件，這對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片提出了非常高的要求。

什么樣的驅(qū)動(dòng)芯片能滿足SiC MOSFET的種種挑剔要求？英飛凌EiceDriver X3系列驅(qū)動(dòng)芯片當(dāng)仁不讓。尤其是其中數(shù)字型加強(qiáng)型驅(qū)動(dòng)芯片1ED38X0Mx12M系列，更是完美滿足上述要求：

1

驅(qū)動(dòng)芯片最大輸出電壓高達(dá)40V，滿足SiC MOSFET高門極電壓的需求。

2

共模抑制比CMTI可達(dá)300V/us，遠(yuǎn)高于光耦和容隔芯片。

3

滿足加強(qiáng)絕緣要求，通過VDE 0884-11加強(qiáng)絕緣認(rèn)證，瞬態(tài)過電壓(VIOTM)增至8kV，可適用于650V,1200V,1700V,2300V IGBT,SiC and Si MOSFET。

4

具備米勒鉗位功能，還可外置米勒鉗位MOSFET，適配更大規(guī)格的功率器件。

5

通過I2C總線配置，不需要外置退飽和電容，即可調(diào)節(jié)消隱時(shí)間。TDESATled從0ns到3150ns有64檔可調(diào)，而TDESATfilter從0ns到6000ns有32檔可調(diào)！同時(shí)，檢測(cè)到短路后還可實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，避免關(guān)斷過快產(chǎn)生電壓尖峰損壞器件。軟關(guān)斷電流范圍根據(jù)型號(hào)不同而有所區(qū)別，各有16檔可調(diào)。