SiC Mosfet管特性及其专用驱动电源

字符大小: 【】 【(默认)】 【

本文简要比较了下SiC Mosfet管和Si IGBT管的部分电气性能参数并分析了这些电气参数对电路设计的影响,并且根据SiC Mosfet管开关特性和高压高频的应用环境特点,推荐了金升阳可简化设计隔离驱动电路的SIC驱动电源模块。 

关键词:SiC Mosfet管;隔离驱动电路;驱动电源模块;QA01C

一、引言

以Si为衬底的Mosfet管因为其输入阻抗高,驱动功率小,驱动电路简单,具有靠多数载流子工作导电特性,没有少数载流子导电工作所需要的存储时间,因而开关速度快,工作频率可到500kHz,甚至MHz以上。但是随着其反向耐压的提高,通态电阻也急剧上升,从而限制了其在高压场合的应用。IGBT具有高反向耐压和大电流特性,但是对驱动电路要求很严格,并且不适合工作在高频场合,一般IGBT的工作频率为20kHz以下。

SiC作为一种宽禁代半导体器件,具有饱和电子漂移速度高、电场击穿强度高、介电常数低和热导率高等特性。以SiC为衬底的Mosfet管具有阻断电压高、工作频率高且耐高温能力强,同时又具有通态电阻低和开关损耗小等特点,是高频高压场合功率密度提高和效率提高的应用趋势。

二、SiC Mosfet与Si IGBT性能对比

目前市面上常见的SiC Mosfet电流均不大于50A,以常见的1200V/20A为例,列举了Cree公司与Rohm公司的SiC Mosfet管的部分电气参数;同样例举了Fairchild 与APT公司的1200V/20A Si IGBT系列的电气参数进行比较;

1.jpg

Mosfet与Si Mosfet的主要参数对比

通过表格性能对比,可以看出,SiC Mosfet有三个方面的性能是明显优于Si IGBT:

1.极其低的导通电阻RDS(ON),导致了极其优越的正向压降和导通损耗,更能适应高温环境下工作;
2.SiC Mosfet管具有Si Mosfet管的输入特性,即相当低的栅极电荷,导致性能卓越的切换速率;
3. 宽禁带宽度材料,具有相当低的漏电流,更能适应高电压的环境应用;

三、驱动电路要求

Sic Mosfet具有与Si Mosfet管非常类似的开关特性,通过对Si Mosfet的特性研究,其驱动电路具有相同的特性:

1. 对于驱动电路来讲,最重要的参数是门极电荷,Mosfet管的栅极输入端相当于是一个容性网络,因此器件在稳定导通时间或者关断的截止时间并不需要驱动电流,但是在器件开关过程中,栅极的输入电容需要充电和放电,此时栅极驱动电路必须提供足够大的充放电脉冲电流。如果器件工作频率越快,栅极电容的充放电时间要求越短,则要求输入的栅极电容越小,驱动的脉冲电流越大才能满足驱动要求;

2.栅极驱动电路必须合理选择一定的驱动电压,栅极的驱动电压越高,则Mosfet的感应导电沟道越大,则导通电阻越小;但是栅极驱动电压太大的话,很容易将栅极和漏极之间绝缘层击穿,造成Mosfet管的永久失效;

3.为了增加开关管的速度,减少开关管的关断时间是有必要的;且为了提高Mosfet管在关断状态下的工作可靠性,将驱动电路设计成在关断状态的时候,在栅极加上反向偏置电压,以快速释放栅极输入电容的电荷,减少了关断时间,使得驱动电路更可靠地关断Mosfet;但是反向的驱动电压会增加电路损耗,反向偏置电压最好不要超过-6V;

4.当驱动对象是全桥或者半桥电路的功率Mosfet,或者是为了提高控制电路的抗干扰能力,此时将驱动电路设计成隔离驱动电路;实现电隔离的方式可以通过磁耦合变压器和光耦合器件;但是不管采用磁耦合变压器还是光耦合器件,都要保证耦合器件的延迟时间与耦合分布电容;采用的隔离电源也必须具有高隔离、快速响应时间与低耦合电容的特性。

四、隔离电源特性需求

从驱动电路的特性来看,要求驱动电源具有以下特性:

1.为了适应高频率的使用要求,要求驱动电源具有瞬时的驱动大功率特性,即要求具有大的容性负载能力;
2.为了适应高电压应用使用要求,要求驱动电源具有高耐压能力并且具有超低的隔离电容,来减少高压总线部分对低压控制侧的干扰;
3.隔离驱动电源必须具有合适的驱动电压,即要求电源具有正负输出电压,并且正负输出电压不是对称输出特性;

金升阳针对SiC隔离驱动电路的特点,推出了SiC Mosfet驱动专用电源QA01C。该电源电气性能参数全部达到SiC Mosfet驱动电路的要求,如:
QA01C实物图 ● 不对称驱动电压,输出电压 +20/-4VDC 输出电流+100/-100mA                                                                                                             
● 大容性负载能力,容性负载为220uF
● 高隔离电压,达到3500VAC
● 极低的隔离电容,低至3.5pF

2.jpg

此驱动电源还满足了其他性能参数特点,具体功能如下:
● 效率高达83%
● 工作温度范围: -40℃ ~ +105℃
● 可持续短路保护

QA01C具有完整的驱动电路推荐,通过SiC驱动专用电源得到不对称的正向驱动电压20V,负向偏置关断电压-4V;为了防止驱动电压对栅极造成损坏,增加D2和D3来吸收尖峰电压是很有必要的。SiC驱动器采用一般驱动芯片即可;为了实现控制信号与主功率回路的隔离,需要采取隔离措施,推荐采用常见的光耦隔离方案。采用的光耦必须具有高共模抑制比(30KV/us)和比隔离电源大的隔离耐压并且具有极小的延迟时间来适应SiC Mosfet管的高频率工作特性。

3.jpg

SiC驱动电路推荐

五、总结

通过对SiC Mosfet管与Si IGBT管相关电气参数进行比较,我们发现SiC Mosfet将成为高压高频场合下的应用趋势。根据对SiC Mosfet管的开关特性的研究,金升阳推荐了能简化其隔离设计的专用电源QA01C,同时也推荐了基于SiC Mosfet的驱动电路。

原文链接:http://www.mornsun.cn/news/NewDetail.aspx?id=279&channelid=132

 

技术特刊

减小隔离式同步栅极驱动器的尺寸并降低复杂性带同步整流功能的隔离式DC-DC转换器的传统设计方法是使用光耦合器或脉冲变压器进行隔离,并将其与一个栅极驱动器IC结合在一起。
选择适合医疗器械应用的磁性元件多年来,可植入医疗器械变得越来越小。更小的器械可提高患者舒适度,植入时对人体的损伤也小。同时,更小的器械可降低手术的侵入性和复杂性,既方便医生操作,也
软件模拟+硬件仿真=验证成功如果您还没有注意到现在是SoC时代(虽然并非总是如此),不妨回想一下个人计算时代,许多实例都证明这个时代已快速衰落,成为历史。曾几何时,使用计算机意味着坐

杂志/赠阅

往期查阅:

站内搜索

相关文章