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如何更好的驱动SiC MOSFET?——试用X3系列加强型半桥驱动评估板

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得益于宽禁带半导体的材料优势,SiC MOSFET在电力电子行业中的应用越来越广泛。SiC MOSFET很多性能与传统Si基器件不同,对驱动设计也提出了更高的要求。。。

得益于宽禁带半导体的材料优势,SiC MOSFET在电力电子行业中的应用越来越广泛。SiC MOSFET很多性能与传统Si基器件不同,对驱动设计也提出了更高的要求。为了最大化利用SiC MOSFET的性能优势,驱动芯片的选择需要着重考虑如下几个方面:





01

更高的轨到轨电压

IGBT的驱动电压一般都是15V,而SiC MOSFET的推荐驱动电压各品牌并不一致,15V、18V、20V都有厂家在用。更高的门极驱动电压有助于降低器件导通损耗,SiC MOSFET的导通压降对门极电压的敏感性比IGBT更高,所以对SiC MOSFET使用高驱动电压的收益更大,具体分析可参考这篇文章门极驱动正压对功率半导体性能的影响。为了防止寄生导通,SiC MOSFET往往还需要负压关断。如果一个SiC MOSFET使用了Vgs=-5V~20V的门极驱动电压,那么就要求前级驱动芯片的输出电压至少是25V,再加一定的余量,一般取35V~40V之间比较合适。



02

更高的共模抑制比

SiC MOSFET是高频器件,不管是上升还是下降过程中的电压变化率dv/dt都远大于IGBT,这要求芯片本身具有较高的抗干扰度。常用于评估驱动芯片抗扰度的参数为共模抑制比CMTI,是衡量驱动芯片是否适用于SiC MOSFE的标准之一。



03

更高的绝缘等级

拓扑结构的不断发展需要引入新的电压等级。比如,2kV SiC MOSFET可将1500VDC光伏系统的拓扑结构从三电平简化至两电压,能够提高系统效率,但是随着电压的提升,只有基本绝缘或者功能绝缘的驱动芯片明显不适用。需要驱动芯片具有加强绝缘能力。关于驱动芯片的绝缘等级定义,可以参考浅谈驱动芯片的绝缘安规标准



04

抑制误触发

SiC MOSFET阈值电压相对IGBT低很多,英飞凌阈值电压大约是4.5V,而其他很多SiC MOSFET阈值电压仅有2~3V。再加上SiC MOSFET开关时dv/dt很高,SiC MOSFET寄生导通的风险就格外严峻。这就要求驱动芯片最好具有米勒钳位功能。关于SiC MOSFET寄生导通特性,可参考下面文章《分立式CoolSiC™MOSFET的寄生导通行为研究》



05

更快的短路保护响应时间

SiC MOSFET芯片面积小,电流密度高,发热集中,所以SiC MOSFET的短路时间大大小于IGBT,英飞凌CoolSiC™ MOSFET单管保证至多3us的短路时间,而模块保证至多2us的短路时间。在这么短的时间内识别出短路并关断功率器件,这对驱动芯片提出了非常高的要求。关于SiC MOSFET短路能力的解析,可以参考下面两篇文章:《谈谈SiC MOSFET的短路能力》《一步步纠正关于SiC MOSFET短路认知误区》


什么样的驱动芯片能满足SiC MOSFET的种种挑剔要求?英飞凌EiceDriver X3系列驱动芯片当仁不让。尤其是其中数字型加强型驱动芯片1ED38X0Mx12M系列,更是完美满足上述要求:




1

驱动芯片最大输出电压高达40V,满足SiC MOSFET高门极电压的需求。

2

共模抑制比可达300kV/us,远高于光耦和容隔芯片。

3

满足加强绝缘要求,通过VDE 0884-11加强绝缘认证,瞬态过电压(VIOTM)增至8kV,可适用于650V,1200V,1700V,2300V IGBT,SiC and Si MOSFET。

4

具备米勒钳位功能,还可外置米勒钳位MOSFET,适配更大规格的功率器件。

5

通过I2C总线配置,不需要外置退饱和电容,即可调节消隐时间。TDESATled从0ns到3150ns有64档可调,而TDESATfilter从0ns到6000ns有32档可调!同时,检测到短路后还可实现软关断,避免关断过快产生电压尖峰损坏器件。软关断电流范围根据型号不同而有所区别,各有16档可调。




👉👉更多详细介绍,还请参考《IGBT驱动芯片进入可编程时代,英飞凌新品X3有何玄机?》




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EVAL-1ED3890MX12介绍:

该评估板为半桥结构,采用数字栅极驱动IC(1ED3890MX12M),驱动对象可以是IGBT、MOSFET 和 SiC MOSFET。这是一块功能强大的数字驱动评估板,驱动和保护参数可以通过 I2C总线设置,这样可以不需要电烙铁就可以精细优化系统设计。电路有27 个配置寄存器,可以通过I2C 总线接口调整各阈值和时序参数,以优化驱动保护特性。

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你可以探究驱动参数对器件实际动态参数的影响:




  • 可编程的短路延迟及消隐时间!

  • 可调节的软关断电流!

  • 32档的两电平关断电平和关断时间


为了方便大家使用,另外配套型号为EVAL-1ED38X0DCT接口板:


板子介绍:

https://www.infineon.com/cms/cn/product/evaluation-boards/eval-1ed3890mx12m/


上位机软件下载:

https://softwaretools.infineon.com/tools/com.ifx.tb.tool.eicedriver1ed38x0dct?_ga=2.188640046.720066650.1712564946-999687246.1696841161



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