瞻芯电子紧凑型IVCR1412比邻驱动芯片助力多管并联均流，集成负压和抗米勒效应，消除栅极电阻开关更快

在大功率变换系统中，多管并联能提升电流承载能力，增加输出功率，常用于电机驱动、电动汽车、电力传输等场景。但多管并联均流是一大挑战，这影响了系统中器件的温度分布，进而影响系统可靠性，最终成为限制系统功率和效率的瓶颈。

为了实现多管并联均流，瞻芯电子基于SiC MOSFET和SiC专用·比邻驱动™IVCR1412芯片开展了均流研究，在不同均流驱动方案和不同条件下，测试影响均流的因子，以提供均流方案建议。

多管并联测试平台及电流测试方法

为了便于测试采样，瞻芯电子以经典的双脉冲测试电路为基础（下图1），在半桥中的上下管位置采用4管并联（下图2），并用电流环（无损检测）来测试下管的导通电流Ids。

图1：双脉冲测试电路

图2：双脉冲4管并联电流测试

图3：对比同轴分流器和电流互感器的电流，说明电流测试方法可行

总体看，实现SiC MOSFET并联均流的关键是 “器件一致、结构对称、杂散最优”，具体又分为6方面影响因子如下，在后续测试中通过调整单一变量，来评估单一因子对均流的影响：

1、MOSFET的Vgs(th)、Rds(on)

2、MOSFET的Cgs、Cgd 、gfs和内部栅极电阻

3、MOSFET的驱动电路影响

4、MOSFET功率回路杂散电感

5、驱动电路的能力（外部栅极电阻、驱动回路电感）

6、MOSFET的散热条件/结温影响

SiC MOSFET的开通过程，按导通状态分为3个阶段（下图4），从P2阶段起，器件开始导通，可能出现不均流情况，因此P2-P3阶段为重点分析的阶段。

图4：SiC MOSFET开通过程的3个阶段

在P2阶段（下图5），影响均流的因子为：器件V_GS(th)和C_GS 、 C_GD的差异，电流计算公式为Id=g∙(V_gs-V_th)，V_th是关键因子。

图5：P2为电流上升阶段

当挑选两颗Vth有差异的SiC MOSFET: A, B来测试，具体差异为V_th_B-V_th_A=0.6V，如下图6中，A、B管的电流差异为7.2A

图6：P2阶段中A，B管的电流差异

在P3阶段如下图7，影响均流的关键因素为器件R_on的差异。

图7：P3为器件导通阶段，电流有震荡

图8：A，B器件在导通时，不均流持续存在

图9：A，B器件呈现不均流

对比：传统并联驱动VS 新型分布式驱动

1、传统方案：Vg串联电阻并联驱动

在多管并联的桥式电路应用中，传统方案采用一颗芯片驱动多颗并联的单管，并用驱动输出端的串联电阻，来调节驱动电流，如下图10和11。传统动方案，有2个缺点：

• 线路较长，且布线不均衡，导致寄生电感差异

• 均流电阻容易引发米勒效应

图10：传统的Vg串联电阻并联驱动方案

图11：传统并联驱动测试板

2、新型方案：采用IVCR1412芯片的分布式驱动

• 瞻芯电子的SiC专用·比邻驱动^™IVCR1412，封装极紧凑，可紧邻器件排布，在多管并联驱动应用中，有3点优势：一对一驱动，排布均衡，能让杂散电感最小化，且杂感比较一致；

• 集成负压和抗米勒效应，消除了栅极电阻，开关更快；

• 电流源驱动，可调峰值上拉电流，优化开通速度，同时动态均流。

采用IVCR1412驱动芯片来一对一地分布式驱动电路如下图12和13：

图12：一对一分布式驱动方案

图13：IVCR1412测试板

下面通过在2组不同测试条件下，对比2种方案的均流效果，来了解不同因子对均流的影响。

测试条件一：选用Vth一致，且Ron一致的SiC MOSFET，对比测试开关过程中并联的4颗单管的电流。

1、在关断过程中，传统方案（下图14）有明显的不均流，而采用IVCR1412芯片的分布式驱动方案（下图15）关断更快，均流效果更好。

图14：传统方案（UCC5350）用电阻驱动并联， 4管并联关断电流不一致

图15：分布式驱动（IVCR1412），4管并联关断电流一致

2、在开通过程中，传统方案（下图16）有明显的不均流，最大电流差异为12.5A，电流尖峰大小与器件位置有关，与功率器件无关；采用IVCR1412芯片的分布式驱动方案（下图17）开通更快，均流效果更好，仅有2A电流差异。

图16：用电阻驱动并联时，4管并联导通出现∆Id=12.5A的电流差异

图17：IVCR1412分布式驱动并联时，4管并联均流一致

测试条件二：当选用Ron一致，但Vth不同，差异为∆ Vth=0.6V的A，B两管，来测试电流差异。

在传统方案中，A，B管因驱动回路中不同的寄生电感，已产生不均流现象，当叠加器件Vth不同的影响，则出现更严重的不均流情况（图18），因此表明传统驱动方案对器件Vth的差异容忍度较低。

图18：传统方案（UCC5350）出现7.5A的较大电流差异

在分布式驱动方案（IVCR1412）中，A，B管因Vth差异导致的电流差异较小，仅为3.5A，如下图19：

图19：分布式方案出现3.5A的较小电流差异

均流测试小结

1、所选SiC MOSFET的Vth、Ron、Cgs、Cgd 和栅极电阻差异都会对并联均流产生负面影响，使用传统驱动方式时，对器件的一致性要求较高；

2、采用IVCR1412驱动SiC MOSFET并联，可容忍更大的Vth偏差， ∆Vth=0.6V（基于IV1Q12050T4测试）未出现严重不均流；

3、使用传统驱动SiC MOSFET并联，驱动回路和功率回路电感的差异对均流影响较大，若叠加器件参数不一致的影响，可能出现严重的并联器件不均流；

4、IVCR1412作为恒流源驱动，更有利于均流。

IVCR1412芯片简介

IVCR1412是瞻芯电子开发的SiC专用.比邻驱动^™NextDrive^™系列芯片之一。IVCR1412集成了负压偏置和有源米勒钳位功能，并消除了栅极电阻，为SiC MOSFET提供了一种方便、紧凑、可靠的栅极驱动解决方案，同时也适用于Si MOSFET和IGBT驱动。主要特性概括如下：

• 高达30V宽幅供电，且有欠压保护

• 能够兼容最低负（-5V）输入

• 集成-2V负电压输出

• 米勒效应抑制

• 80nS下沉电流折回控制

• 可配置输出驱动电流0.9A-2A

• 低传播延迟（16ns）

图20：SOT-23 -6封装引脚

图21：IVCR1412芯片典型驱动电路，若无需负压，可短接CN电容

IVCR1412应用技术问答

Q1：如何限制开通关断dv/dt与di/dt ?

A1：有2种方法：

• 通过调整CFG的配置电阻，来调整驱动电流，

• 在功率器件GS端并联Cgs电容（采用TO247-4封装时推荐）

图22：典型应用电路

Q2：如何利用IVCR1412抑制串扰尖峰?

A2：采用双脉冲测试方法，通过操作上管开通和关断，来测量下管GS串扰尖峰，抑制串扰尖峰的方法主要有2种：

• 调整上管驱动来调整dv/dt，来改变串扰尖峰。

• 通过在栅源GS间并联电容Cgs来吸收尖峰；

通过按800V SiC主驱逆变器的dv/dt与di/dt 要求来测试，验证了并联电容Cgs能有效抑制驱动尖峰。该测试条件为：IDS=80A，dv/dt>20V/ns，di/dt>4 A/ns。

当器件不并联电容Cgs时，驱动尖峰Vgs较大，如下图23：

图23：无电容Cgs，下管的串扰尖峰较大

当器件并联电容Cgs时，驱动尖峰Vgs较小，如下图24：

图24：有电容Cgs，下管的串扰尖峰较小