行業所需高溫半導體解決方案的領導者CISSOID今天宣布,公司將于7月17日至20日在北京舉辦“第二屆亞碳化硅及相關材料國際會議”。發表了論文一篇題為《一種用于工業和汽車碳化硅MOSFET功率模塊的高溫柵極驅動器》,介紹了公司在該領域的最新研發成果。CISSOID首席技術官皮埃爾德拉特(Pierre Delatte)將在19日的會議上發表這篇文章。
如今碳化硅(SiC)在汽車廠商的強力追求下方興未艾,SiC技術可以提供更高的能效,增加功率密度。在工業應用中,越來越多的人被碳化硅技術的優勢所吸引。為了充分發揮碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管(SiC MOSFET)在快速開關和低損耗方面的優勢,仍然面臨兩個主要挑戰:一是實現精心優化的低感抗(寄生感抗)功率模塊,二是使用強大、可靠、快速的柵極驅動器驅動高可靠性、高能效的碳化硅。使用碳化硅場效應晶體管驅動器,
CISSOID在論文中提出了新的柵極驅動板,額定溫度為125C(Ta)。它還針對使用半橋碳化硅場效應晶體管的62毫米功率模塊進行了優化,如如圖1所示。該電路板基于cissoid哈迪斯柵極驅動芯片組,額定溫度為175c(TJ),為工業應用中的高密度功率轉換器設計提供散熱設計余量。基于同樣的技術,正在為基于碳化硅的電動車輛的功率逆變器開發三相柵極驅動板。
碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管支持快速開關和低開關損耗。通過降低外部柵極電阻,峰值柵極電流和dV/dt增加,開關損耗進一步降低。因此,柵極驅動器必須能夠提供高峰值柵極電流,以實現高功率效率。為了限制dV/dt,避免模塊的內部擾動,碳化硅功率模塊通常受到內部阻尼的約束。CAS300M12BM2模塊的內部柵極電阻為3 歐姆當驅動電壓為20V/-5V時,內部柵極電阻將柵極峰值電流限制在8.3A.通常建議增加最小外部柵極電阻,如2.5 歐姆,以避免任何干擾,并將峰值電流限制在4.5A.當溫度為125C,最大峰值柵極電流為10A時,CMT-tit 8243 柵極驅動器可以以最大dV/dt驅動1200V/300A碳化硅功率模塊,從而最小化開關損耗。
如果你想通過高dV/dt來降低開關損耗,這將使柵極驅動器的設計更具挑戰性。事實上,當高dV/dt通過功率變壓器和數字隔離器等寄生電容時,會產生高共模電流,干擾柵極驅動器的工作,并產生不必要的行為,如額外的啟動或關閉。CMT-tit 8243 柵極驅動器旨在針對高dV/dt提供魯棒性。為了實現低寄生電容,對功率變壓器進行了優化,以最小化共模電流。高壓側驅動器和主要功能側(包括電源變壓器和隔離器)之間的總寄生電容小于10pF。CMT-TIT8243保證在dV/dt50kv/s下正常工作.此外,CMT tit 8243 柵極驅動器還具有RS-422差分接口,用于輸入脈寬調制信號,以提高快速功率級轉換期間的信號完整性。
由于低開關損耗,碳化硅晶體管可以實現功率轉換器的高開關頻率,同時保持受控功率器件冷卻。這減小了濾波器和變壓器的尺寸,并大大減小了功率轉換器的尺寸和重量。為了保證高頻開關操作的安全性,柵極驅動器的隔離DC-DC變換器必須能夠提供足夠的平均柵極電流,其計算值方法為柵極總電荷乘以開關頻率。CMT-tit 8243 柵極驅動器可以提供每個通道95mA的平均柵極電流。在800V/300A時,1200 V/300A SiC MOSFET模塊的總柵極電荷約為1C,這意味著柵極驅動器可以在92kHz的開關頻率下工作。實際上,最大開關頻率將受到功率模塊中開關損耗的限制,而不是柵極驅動器。