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如何更好的使用EiceDRIVER IC驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET

發(fā)布時(shí)間:2023-09-18 來(lái)源:英飛凌 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】碳化硅(SiC MOSFET)和氮化鎵(GaN)因其高頻率、低損耗的特性得到廣泛的應(yīng)用,但對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。英飛凌最新一代增強(qiáng)型EiceDRIVER? 1ED34X1系列可提供高的輸出電流、米勒鉗位保護(hù)、精準(zhǔn)的短路保護(hù)、可調(diào)的軟關(guān)斷等功能,為新一代的功率器件保駕護(hù)航。


EiceDRIVER?增強(qiáng)型1ED34X1主要特色:


●  單通道隔離型柵極驅(qū)動(dòng)芯片

●  輸出電流典型值+3/6/9A

●  功能絕緣電壓高達(dá)2300V

●  帶米勒鉗位、Desat短路保護(hù)、軟關(guān)斷

●  CMTI > 200kV/μs

●  輸出側(cè)電壓供電區(qū)間(VCC2-VEE2)最大可到40V

●  隔離能力和相關(guān)認(rèn)證:UL 1577 & VDE 0884-11

●  封裝:DSO16 300 mil寬體封裝8mm爬電距離適用于IGBTs,MOSFETs,CoolSiC? SiC MOSFET


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(更多關(guān)于增強(qiáng)型1ED34X1系列的特點(diǎn)及參數(shù)請(qǐng)參考閱讀:IGBT驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)入可編程時(shí)代,英飛凌新品X3有何玄機(jī)?)


北京晶川電子基于1ED3491設(shè)計(jì)了一款適配于SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)板:2SID-1ED3X-62MM-1206D0


主要特色:


●  2路輸出,適用于62mm封裝半橋器件

●  高度集成的隔離電源

●  短路保護(hù)

●  欠壓保護(hù)

●  米勒鉗位

●  兼容5V/15V PWM信號(hào)

●  高級(jí)驅(qū)動(dòng)IC:1ED3491MU12M

●  適配于:

FF4MR12KM1H,1200V,4mΩ 62mm封裝模塊

FF2MR12KM1H,1200V,2mΩ 62mm封裝模塊


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1ED34X1高輸出電流能力有利于減少功率器件的開(kāi)關(guān)損耗,并節(jié)約推挽電路成本


EiceDRIVER? 1ED3491具有高達(dá)9A的輸出電流典型值,在驅(qū)動(dòng)大功率模塊的時(shí)候可省去推挽電路實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、減少傳播延時(shí)、提高開(kāi)關(guān)速度,減少開(kāi)關(guān)損耗。


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我們通過(guò)雙脈沖開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn),對(duì)比了兩種驅(qū)動(dòng)方式的開(kāi)關(guān)損耗:


●  測(cè)試板1:搭載1ED3491的驅(qū)動(dòng)板2SID-1ED3X-62MM-1206D0

●  測(cè)試板2:搭載1ED020I12-F2(2A)及推挽元件IXDN609(9A)

●  模塊型號(hào):FF2MR12KM1H

●  驅(qū)動(dòng)電壓:+18V/-3.5V

●  Vbus=600V  Id=370A


CH2:下管Vgs、CH3:下管Vds

CH4:電流Id、CHm1:損耗

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圖1、1ED3491驅(qū)動(dòng)模塊損耗Eon=22.3mJ


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圖2、1ED3491驅(qū)動(dòng)模塊損耗Eoff=14.09mJ


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圖3、2A驅(qū)動(dòng)IC+推挽驅(qū)動(dòng)模塊損耗Eon=24.6mJ


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圖4、2A驅(qū)動(dòng)IC+推挽驅(qū)動(dòng)模塊損耗Eoff=15.2mJ


從測(cè)試結(jié)果可看出,使用1ED3491,比使用2A驅(qū)動(dòng)+推挽的方式,開(kāi)通損耗Eon降低了2.3mJ,降低大概9.3%。關(guān)斷損耗Eoff降低了1.1mJ,降低大概7.2%。


1ED34X1米勒鉗位抑制寄生導(dǎo)通,可外置MOSFET增強(qiáng)鉗位能力


以下圖為例展示米勒寄生導(dǎo)通產(chǎn)生的原因:在上管的開(kāi)通時(shí)刻,下管關(guān)斷,DS間電壓上升,產(chǎn)生電壓變化率dv/dt,dv/dt通過(guò)(Cgd)米勒電容向柵極注入電流。米勒電流跨越整體柵極路徑使得下管柵極上出現(xiàn)電壓尖峰。如果下管Vgs尖峰超過(guò)器件的Vgs(th),則可能會(huì)發(fā)生半橋直通現(xiàn)象。低閾值電壓的功率器件,如SiC MOSFET,更有可能受到此影響損壞。如下圖5。更多米勒效應(yīng)的解釋及應(yīng)對(duì)方法可參考:米勒電容、米勒效應(yīng)和器件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)策


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圖5、米勒效應(yīng)圖解


1ED34X1系列集成米勒鉗位功能。鉗位方式分為兩種。一種是直接鉗位,例如1ED3431,即直接把clamp pin接到IGBT的門(mén)極。這種情況下鉗位電流的典型值是2A,適用于100A以下的IGBT。


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另一種方式是在clamp pin外接一個(gè)N-MOSFET,來(lái)擴(kuò)展鉗位電流,以適應(yīng)更大電流IGBT的需求。例如1ED3461及1ED3491。根據(jù)外接NMOS型號(hào)的不同,鉗位電流最大可擴(kuò)展到20A。


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驅(qū)動(dòng)板2SID-1ED3X-62MM-1206D0在做SiC MOSFET雙脈沖測(cè)試時(shí),首先沒(méi)有外接米勒鉗位MOS,米勒效應(yīng)引起了明顯的門(mén)極電壓過(guò)沖,如圖6.1-2中CH1黃色通道紅圈部分,Vgs尖峰2.08V, △V=5.58V。然后將1ED3491 CLAMPDRV腳外接5.4A MOS(PMV45EN),米勒鉗位功能起到了立竿見(jiàn)影的效果,如圖7.1-2中CH1黃色通道紅圈部分,Vgs尖峰降為-1.26V,△v只有2.24V。


驅(qū)動(dòng)電壓:+18V/-3.5V

CH1:上管Vgs、CH2:下管Vgs

CH3:下管Vds、CH4:電流Id

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未加米勒鉗位測(cè)試的全圖與展開(kāi)波形圖


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加米勒鉗位測(cè)試的全圖與展開(kāi)波形圖


1ED34X1(clamp driver)Desat保護(hù)時(shí)間、軟關(guān)斷時(shí)間精確可調(diào)


由于SiC MOSFET器件短路耐受時(shí)間相對(duì)較短,CoolSiC? MOSFET Easy封裝模塊在+15V驅(qū)動(dòng)供電時(shí),數(shù)據(jù)手冊(cè)標(biāo)稱(chēng)短路時(shí)間只有2us例如:FF17MR12W1M1H_B11。而62mm封裝的CoolSiC?模塊雖然沒(méi)有標(biāo)稱(chēng)短路時(shí)間,但仍然有一定的短路能力,這里我們使用62mm封裝的模塊來(lái)驗(yàn)證1ED3491的短路保護(hù)功能。


1ED34X1具有退飽和保護(hù)功能。以往短路保護(hù)消隱時(shí)間需要通過(guò)外接電容來(lái)實(shí)現(xiàn),而1ED34X1系列則不需要外接電容,它通過(guò)ADJB引腳連接不同阻值的電阻可設(shè)置不同的消隱時(shí)間,共有16檔可調(diào),DESAT濾波時(shí)間tDESATfilter:1.6μs至4.0μs,Leading edge消隱時(shí)間tDESATleb:0.65μs至1.15μs。1ED34x1還具有在故障情況下軟關(guān)斷的功能。在器件出現(xiàn)過(guò)流故障的情況下,驅(qū)動(dòng)芯片將會(huì)使用較低的電流關(guān)斷IGBT,將會(huì)減慢IGBT的di/dt,避免出現(xiàn)過(guò)高的電壓尖峰損壞IGBT。軟關(guān)斷的參數(shù)通過(guò)ADJA連接的電阻可調(diào)。系列中每一款芯片都有16檔關(guān)斷電流。


圖8為當(dāng)ADJA下拉電阻=10K、ADJB下拉電阻=100K的SiC短路波形,此時(shí)短路保護(hù)時(shí)間為1us,軟關(guān)斷時(shí)間為1.23us,能夠滿足SiC MOSFET 2us短路時(shí)間的苛刻要求。


CH1:Flt信號(hào)、CH2:下管Vgs、CH3:Desat信號(hào)

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圖8、短路保護(hù)時(shí)間1us+軟關(guān)斷時(shí)間1.23us


 總結(jié) 


得益于英飛凌驅(qū)動(dòng)1ED3491做強(qiáng)大的后盾,晶川驅(qū)動(dòng)板2SID-1ED3X-62MM-1206D0能出色的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)SiC MOSFET。1ED34X1系列驅(qū)動(dòng)芯片9A的輸出電流能力省錢(qián)又省力、Clamp防直通立竿見(jiàn)影、Desat快準(zhǔn)穩(wěn)、Soft-off輕松防過(guò)壓、DSO16封裝小驅(qū)動(dòng)更緊湊。英飛凌X3系列是驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET和IGBT的不二之選。


作者:張永 鄭姿清 趙佳  來(lái)源:英飛凌



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