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浅谈碳化硅mosfet驱动与硅IGBT的区别 应用与分类-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2020-05-19 

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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IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别。我们先来看看碳化硅mosfet概述:在SiC MOSFET的开发与应用方面,与相同功率等级的Si MOSFET相比,SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低,适用于更高的工作频率,另由于其高温工作特性,大大提高了高温稳定性。


碳化硅mosfet驱动与硅IGBT的区别

硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动两者电气参数特性差别较大,碳化硅MOSFET对于驱动的要求也不同于传统硅器件,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:


碳化硅mosfet驱动


(一)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)硅IGBT:各厂家硅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。


碳化硅mosfet驱动


2)碳化硅MOSFET:不同厂家碳化硅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。


碳化硅mosfet驱动


(二)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。与硅IGBT相比,碳化硅MOSFET短路耐受时间更短。

1)硅IGBT:

硅IGBT的承受退保和短路的时间一般小于10μs,在设计硅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。


碳化硅mosfet驱动


2)碳化硅MOSFET

一般碳化硅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。


碳化硅mosfet驱动


(三)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,碳化硅MOSFET推荐应用开关频率大于100kHz,应用频率的提高使得碳化硅MOSFET要求驱动器提供更低的信号延迟时间。碳化硅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,相比于硅IGBT,碳化硅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,为了让碳化硅MOSFET更好的在系统中应用,需要给碳化硅MOSFET匹配合适的驱动。


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。


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,搭配基本半导体TO-247-3 封装碳化硅 MOSFET。

碳化硅mosfet驱动


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。

碳化硅mosfet驱动


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。

碳化硅mosfet驱动


碳化硅mosfet的应用与分类

(一)应用

碳化硅mosfet模块在光伏、风电、电动汽车及轨道交通等中高功率电力系统应用上具有巨大的优势。碳化硅器件的高压高频和高效率的优势,可以突破现有电动汽车电机设计上因器件性能而受到的限制,这是目前国内外电动汽车电机领域研发的重点。如电装和丰田合作开发的混合电动汽车(HEV)、纯电动汽车(EV)内功率控制单元(PCU),使用碳化硅MOSFET模块,体积比减小到1/5。


三菱开发的EV马达驱动系统,使用SiC MOSFET模块,功率驱动模块集成到了电机内,实现了一体化和小型化目标。预计在2018年-2020年碳化硅MOSFET模块将广泛应用在国内外的电动汽车上。


(二)分类

碳化硅mosfet驱动


SiC-MOSFET 是碳化硅电力电子器件研究中最受关注的器件。在Si材料已经接近理论性能极限的今天,SiC功率器件因其高耐压、低损耗、高效率等特性,一直被视为“理想器件”而备受期待。


然而,相对于以往的Si材质器件,SiC功率器件在性能与成本间的平衡以及其对高工艺的需求,将成为SiC功率器件能否真正普及的关键。


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