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SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓?

發(fā)布時(shí)間:2021-12-07 來源:派恩杰半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電力電子設(shè)備提出了很多要求:體積小、重量輕、功率大、發(fā)熱少。面對(duì)這些要求,Si MOSFET因Si材料自身的限制而一籌莫展。SiC MOSFET因SiC材料的先天優(yōu)勢(shì)開始大顯神通。SiC MOSFET大規(guī)模商用唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格。


現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電力電子設(shè)備提出了很多要求:體積小、重量輕、功率大、發(fā)熱少。面對(duì)這些要求,Si MOSFET因Si材料自身的限制而一籌莫展。SiC MOSFET因SiC材料的先天優(yōu)勢(shì)開始大顯神通。SiC MOSFET大規(guī)模商用唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格。但隨著良率的提升和采用更大尺寸的晶圓,SiC與Si之間的成本差距正在收窄,在整車系統(tǒng)總體成本反而有明顯的優(yōu)勢(shì)。SiC MOSFET替代Si MOSEFET成為越來越多的廠家的新選擇。


SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)與Si MOSFET的區(qū)別之一是驅(qū)動(dòng)電壓不同,傳統(tǒng)Si MOSFET驅(qū)動(dòng)只要單電源正電壓即可,而SiC MOSFET需要單電源正負(fù)壓驅(qū)動(dòng)。SiC MOSFET要替代Si MOSFET,就要解決負(fù)壓電路如何實(shí)現(xiàn)的問題。


目前,SiC MOSFET多為+15/-3V與+20/-5V電壓驅(qū)動(dòng)。要在Si MOSFET單電源正壓驅(qū)動(dòng)電路中中實(shí)現(xiàn)負(fù)壓電路,可以在驅(qū)動(dòng)回路中增加少量元件產(chǎn)生所需要的負(fù)壓,如需要+15/-3V的驅(qū)動(dòng)電壓,則單電壓需要提供+18V即可,具體有如下兩種方案可以實(shí)現(xiàn)。


方案一:


用+14V左右的穩(wěn)壓管Z1加上Z2管正向?qū)▔航担陂_通時(shí)候?qū)㈦妷悍€(wěn)定在+15V左右,這樣在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電容C10上就會(huì)有3V壓降;開關(guān)管關(guān)斷時(shí)候,驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部下管導(dǎo)通加在GS上的電壓為-3V。


SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓?

圖1


方案二:


用3V的穩(wěn)壓管Z1穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)用的負(fù)壓,開通的時(shí)候電容C10上穩(wěn)定3V電壓,則驅(qū)動(dòng)正壓就保持為15V,關(guān)斷時(shí)候加在GS上電壓就是電容C10的電壓為-3V


SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓?

圖2


方案一和方案二的驅(qū)動(dòng)波形如下:


SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓?

圖3:方案一驅(qū)動(dòng)波形


SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓?

圖4:方案二驅(qū)動(dòng)波形


從上述兩張驅(qū)動(dòng)波形圖可以看出:兩個(gè)方案均能使用極少的元件實(shí)現(xiàn)所需要的驅(qū)動(dòng)負(fù)壓,但是器件第一次工作前均為0V,不能在常關(guān)狀態(tài)下保持穩(wěn)定負(fù)壓,容易被干擾誤開通。針對(duì)這一問題,可以通過增加一個(gè)電阻R1上拉,在上電后就預(yù)先給電容C10進(jìn)行預(yù)充電穩(wěn)壓在3V,就可以實(shí)現(xiàn)未工作時(shí)保持負(fù)壓,如圖5.


SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓?

圖5


綜上,在單電源供電的情況下,只需要對(duì)電路進(jìn)行微小的調(diào)整,即可實(shí)現(xiàn)SiC MOSFET替代Si MOSFET。


派恩杰已量產(chǎn)650V-1700V電壓平臺(tái)SiC MOSFET,產(chǎn)品由30年車規(guī)歷史的SiC代工廠X-FAB生產(chǎn)制造,符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn),在光伏、新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域均可替代Si MOSFET和IGBT。


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(來源:派恩杰)


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