淺談碳化硅mosfet驅(qū)動(dòng)與硅IGBT的區(qū)別 應(yīng)用與分類-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-05-19
本文主要講硅IGBT與碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)的區(qū)別。我們先來(lái)看看碳化硅mosfet概述：在SiC MOSFET的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面，與相同功率等級(jí)的Si MOSFET相比，SiC MOSFET導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提高了高溫穩(wěn)定性。
硅IGBT與碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)兩者電氣參數(shù)特性差別較大，碳化硅MOSFET對(duì)于驅(qū)動(dòng)的要求也不同于傳統(tǒng)硅器件，主要體現(xiàn)在GS開(kāi)通電壓、GS關(guān)斷電壓、短路保護(hù)、信號(hào)延遲和抗干擾幾個(gè)方面，具體如下：
（一）開(kāi)通關(guān)斷
對(duì)于全控型開(kāi)關(guān)器件來(lái)說(shuō)，配置合適的開(kāi)通關(guān)斷電壓對(duì)于器件的安全可靠具有重要意義：
1）硅IGBT：各廠家硅IGBT對(duì)開(kāi)通關(guān)斷電壓要求一致：
要求開(kāi)通電壓典型值15V；
要求關(guān)斷電壓值范圍-5V~-15V，客戶根據(jù)需求選擇合適值，常用值有-8V、-10V、-15V；
優(yōu)先穩(wěn)定正電壓，保證開(kāi)通穩(wěn)定。
2）碳化硅MOSFET：不同廠家碳化硅MOSFET對(duì)開(kāi)關(guān)電壓要求不盡相同：
要求開(kāi)通電壓較高22V~15V；
要求關(guān)斷電壓較高-5V~-3V；
優(yōu)先穩(wěn)負(fù)壓，保證關(guān)斷電壓穩(wěn)定；
增加負(fù)壓鉗位電路，保證關(guān)斷時(shí)候負(fù)壓不超標(biāo)。
（二）短路保護(hù)
開(kāi)關(guān)器件在運(yùn)行過(guò)程中存在短路風(fēng)險(xiǎn)，配置合適的短路保護(hù)電路，可以有效減少開(kāi)關(guān)器件在使用過(guò)程中因短路而造成的損壞。與硅IGBT相比，碳化硅MOSFET短路耐受時(shí)間更短。
1）硅IGBT：
硅IGBT的承受退保和短路的時(shí)間一般小于10μs，在設(shè)計(jì)硅IGBT的短路保護(hù)電路時(shí)，建議將短路保護(hù)的檢測(cè)延時(shí)和相應(yīng)時(shí)間設(shè)置在5-8μs較為合適。
2）碳化硅MOSFET
一般碳化硅MOSFET模塊短路承受能力小于5μs，要求短路保護(hù)在3μs以內(nèi)起作用。采用二極管或電阻串檢測(cè)短路，短路保護(hù)最短時(shí)間限制在1.5μs左右。
（三）碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)的干擾及延遲
1）高dv/dt及di/dt對(duì)系統(tǒng)影響
在高壓大電流條件下進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，器件開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生高dv/dt及di/dt，對(duì)驅(qū)動(dòng)器電路產(chǎn)生影響，提高驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力對(duì)系統(tǒng)可靠運(yùn)行至關(guān)重要，可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：
輸入電源加入共模扼流圈及濾波電感，減小驅(qū)動(dòng)器EMI對(duì)低壓電源的干擾；
次邊電源整流部分加入低通濾波器，降低驅(qū)動(dòng)器對(duì)高壓側(cè)的干擾；
采用共?？箶_能力達(dá)到100kV/μs的隔離芯片進(jìn)行信號(hào)傳輸；
采用優(yōu)化的隔離變壓器設(shè)計(jì)，原邊與次邊采用屏蔽層，減小相互間串?dāng)_；
米勒鉗位，防止同橋臂管子開(kāi)關(guān)影響。
2）低傳輸延遲
通常情況下，硅IGBT的應(yīng)用開(kāi)關(guān)頻率小于40kHZ，碳化硅MOSFET推薦應(yīng)用開(kāi)關(guān)頻率大于100kHz，應(yīng)用頻率的提高使得碳化硅MOSFET要求驅(qū)動(dòng)器提供更低的信號(hào)延遲時(shí)間。碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸延遲需小于200ns，傳輸延遲抖動(dòng)小于20ns，可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：
采用數(shù)字隔離驅(qū)動(dòng)芯片，可以達(dá)到信號(hào)傳輸延遲50ns，并且具有比較高的一致性，傳輸抖動(dòng)小于5ns；選用低傳輸延時(shí)，上升下降時(shí)間短的推挽芯片。
總之，相比于硅IGBT，碳化硅MOSFET在提升系統(tǒng)效率、功率密度和工作溫度的同時(shí)，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器也提出了更高要求，為了讓碳化硅MOSFET更好的在系統(tǒng)中應(yīng)用，需要給碳化硅MOSFET匹配合適的驅(qū)動(dòng)。
基本半導(dǎo)體自主研發(fā)的碳化硅 MOSFET 具有導(dǎo)通電阻低，開(kāi)關(guān)損耗小的特點(diǎn)，可降低器件損耗，提升系統(tǒng)效率，更適合應(yīng)用于高頻電路。在新能源汽車(chē)電機(jī)控制器、車(chē)載電源、太陽(yáng)能逆變器、充電樁、UPS、PFC 電源等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
1、半橋兩并聯(lián)功率單元
該產(chǎn)品是青銅劍科技為基本半導(dǎo)體碳化硅 MOSFET 量身打造的解決方案，搭配基本半導(dǎo)體TO-247-3 封裝碳化硅 MOSFET。
2、通用型驅(qū)動(dòng)核
1CD0214T17-XXYY 是青銅劍科技自主研發(fā)的一系列針對(duì)于單管碳化硅MOSFET 的單通道驅(qū)動(dòng)核，可以驅(qū)動(dòng)目前市面上大部分 1700V 以內(nèi)的單管碳化硅 MOSFET， 該驅(qū)動(dòng)核設(shè)計(jì)緊湊，通用性強(qiáng)。
3、電源模塊
Q15P2XXYYD是青銅劍科技自主研發(fā)的單通道系列電源模塊，支持多種柵極輸出電壓，可靈活應(yīng)用于碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)。該電源模塊尺寸為 19.5 X 9.8 X 12.5 mm，設(shè)計(jì)緊湊，通用性強(qiáng)。
（一）應(yīng)用
碳化硅mosfet模塊在光伏、風(fēng)電、電動(dòng)汽車(chē)及軌道交通等中高功率電力系統(tǒng)應(yīng)用上具有巨大的優(yōu)勢(shì)。碳化硅器件的高壓高頻和高效率的優(yōu)勢(shì)，可以突破現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)設(shè)計(jì)上因器件性能而受到的限制，這是目前國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)。如電裝和豐田合作開(kāi)發(fā)的混合電動(dòng)汽車(chē)（HEV）、純電動(dòng)汽車(chē)（EV）內(nèi)功率控制單元（PCU），使用碳化硅MOSFET模塊，體積比減小到1/5。
三菱開(kāi)發(fā)的EV馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用SiC MOSFET模塊，功率驅(qū)動(dòng)模塊集成到了電機(jī)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了一體化和小型化目標(biāo)。預(yù)計(jì)在2018年-2020年碳化硅MOSFET模塊將廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外的電動(dòng)汽車(chē)上。
（二）分類
SiC-MOSFET 是碳化硅電力電子器件研究中最受關(guān)注的器件。在Si材料已經(jīng)接近理論性能極限的今天，SiC功率器件因其高耐壓、低損耗、高效率等特性，一直被視為“理想器件”而備受期待。
然而，相對(duì)于以往的Si材質(zhì)器件，SiC功率器件在性能與成本間的平衡以及其對(duì)高工藝的需求，將成為SiC功率器件能否真正普及的關(guān)鍵。
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