【经验】浅谈硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别
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:
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:
⚫ 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。
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。
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大于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。
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。
三、碳化硅MOSFET驱动的干扰及延迟
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。
接下来介绍基本半导体碳化硅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。
碳化硅驱动
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。
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。
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。
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描述- 深圳基本半导体有限公司是中国第三代半导体行业创新企业,专业从事碳化硅功率器件的研发与产业化。公司总部位于深圳,在北京、上海、无锡、香港以及日本名古屋设有研发中心和制造基地。公司拥有一支国际化的研发团队,核心成员包括二十余位来自清华大学、中国科学院、英国剑桥大学、德国亚琛工业大学、瑞士联邦理工学院等国内外知名高校及研究机构的博士。
型号- B2D05120E1,B2M1000170Z,B2M1000170R,BTD5350SBPR,BTL27523R,B2M080120Z,BMS600R12HLWC4_B01,B3D40120HC,B2D40065H1,BGH75N65HS1,BD2M040A120S1,B2M080120R,BGH75N65ZF1,B2D,B2D60120H1,BMS800R12HWC4_B02,BMS950R08HLWC4_B02,BTL27523B,B2M080120H,B2D16120HC1,B3D03120E,BGH40N120HS1,B2DM060065N1,BTD5350E,BTD5350SBWR,BTD5350EBPR,B3D系列,BTD21520M,BTL27524R,B2D30120H1,BTD21520E,BTD5350MBPR,BD2D20A120S1,BD2D40A120S1,B3D,BTL27524BR,BTL27524B,B2D02120K1,BTD21520S,BMF800R12FC4,BTL2752X,AB2M040120Z,BD2D10A065S1,B2M040120H,BTD25350MMCWR,BTD21520系列,BTD3011R,BTD21520MBWR,B2D10120E1,AB2M040120R,BTD5350SCPR,BMF240R12E2G3,BMF600R12FC4,BMS700R08HWC4_B01,BTD21520EBWR,B2D08065K1,B2M032120Y,BTD25350MECWR,BTD5350EBWR,B2D30120HC1,B2D40120HC1,BD2D04A065S1,B2D10065F1,B2M040120Z,B2M009120Y,BD2M065A120S1,BD2D02A120S1,BMF700R08FC4,B2D系列,B1D06065KS,B2D40120H1,B2M040120R,BMS950R08HWC4_B02,BGH50N65HS1,BGH50N65ZF1,B2D10065KF1,B2D04065E1,BTD5350,BTD5350SCWR,B3D40200H,BTD5350ECPR,BTD5350M,BTD5350MBWR,BTD21520MBPR,BTD5350S,B2D08065KS,BD2D30A120S1,BTD5350MCPR,B2D20065F1,BD2D08A120S1,B2M1000170H,BTL27523BR,BMS800R12HLWC4_B02,BD2D15A065S1,BD2D20A065S1,B2D20120H1,B2M160120Z,BTD25350MMBWR,B2D10120K1,BTD21520MAWR,B2D20065HC1,B2D30065HC1,BTD25350,B2M160120R,BTD21520EAWR,B2D40065HC1,BMS700R08HLWC4_B01,BTD5350ECWR,BTD25350MEBWR,B2D04065KF1,BGH75N65HF1,B2D10065KS,BTD21520EBPR,BMZ200R12TC4,BTD21520SBWR,B2D04065K1,B3D20120H,BMS600R12HWC4_B01,B2M160120H,BGH75N120HF1,B2M030120R,BD2D08A065S1,BTD25350系列,B2M011120HK,BTD21520SBPR,BTD3011R系列,BTD21520MAPR,B2M030120Z,B2M009120N,BTD5350MCWR,B2D06065K1,BTD5350系列,BMZ250R08TC4,B2M012120N,B3D50120H2,BTD25350MSCWR,BTL2752X系列,B2D20065H1,B2D10065E1,B2M030120H,BD2D30A065S1,B2D06065KF1,B2D05120K1,B2D02120E1,B2D06065E1,BMF950R08FC4,BD2D05A120S1,BGH50N65HF1,B2D20120F1,BD2D15A120S1,B2D20120HC1,B2D10120HC1,BTD21520EAPR,BTD25350ME,BTD21520SAWR,BTD21520,B2D20065K1,B2M018120Z,BTD25350MM,BTD25350MS,B2D16065HC1,AB2M080120R,B2D10120H1,B2M018120N,BD2D06A065S1,B2D30065H1,B2M065120Z,BTD21520SAPR,AB2M080120H,B2M065120R,B2M018120H,B2M065120H,BD2D10A120S1,BTL27523,B2D10065K1,AB2M080120Z,BTD25350MSBWR,B2M020120Y,BTL27524,B3D05120E,B2DM100120N1,BD2D40A065S1
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