CISSOID發(fā)布最新工業(yè)和汽車級碳化硅功率模塊高溫柵極驅(qū)動器

如今碳化硅(SiC)在汽車廠商的強(qiáng)力追求下方興未艾，SiC技術(shù)可以提供更高的能效，增加功率密度。在工業(yè)應(yīng)用中，越來越多的人被碳化硅技術(shù)的優(yōu)勢所吸引。為了充分發(fā)揮碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(SiC  MOSFET)在快速開關(guān)和低損耗方面的優(yōu)勢，仍然面臨兩個主要挑戰(zhàn)：一是實(shí)現(xiàn)精心優(yōu)化的低感抗(寄生感抗)功率模塊，二是使用強(qiáng)大、可靠、快速的柵極驅(qū)動器驅(qū)動高可靠性、高能效的碳化硅。使用碳化硅場效應(yīng)晶體管驅(qū)動器，

CISSOID在論文中提出了新的柵極驅(qū)動板，額定溫度為125C(Ta)。它還針對使用半橋碳化硅場效應(yīng)晶體管的62毫米功率模塊進(jìn)行了優(yōu)化，如如圖1所示。該電路板基于cissoid哈迪斯柵極驅(qū)動芯片組，額定溫度為175c(TJ)，為工業(yè)應(yīng)用中的高密度功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)提供散熱設(shè)計(jì)余量?；谕瑯拥募夹g(shù)，正在為基于碳化硅的電動車輛的功率逆變器開發(fā)三相柵極驅(qū)動板。

碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管支持快速開關(guān)和低開關(guān)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(guān)損耗進(jìn)一步降低。因此，柵極驅(qū)動器必須能夠提供高峰值柵極電流，以實(shí)現(xiàn)高功率效率。為了限制dV/dt，避免模塊的內(nèi)部擾動，碳化硅功率模塊通常受到內(nèi)部阻尼的約束。CAS300M12BM2模塊的內(nèi)部柵極電阻為3 歐姆當(dāng)驅(qū)動電壓為20V/-5V時，內(nèi)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(dāng)溫度為125C，最大峰值柵極電流為10A時，CMT-tit  8243 柵極驅(qū)動器可以以最大dV/dt驅(qū)動1200V/300A碳化硅功率模塊，從而最小化開關(guān)損耗。

如果你想通過高dV/dt來降低開關(guān)損耗，這將使柵極驅(qū)動器的設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性。事實(shí)上，當(dāng)高dV/dt通過功率變壓器和數(shù)字隔離器等寄生電容時，會產(chǎn)生高共模電流，干擾柵極驅(qū)動器的工作，并產(chǎn)生不必要的行為，如額外的啟動或關(guān)閉。CMT-tit  8243 柵極驅(qū)動器旨在針對高dV/dt提供魯棒性。為了實(shí)現(xiàn)低寄生電容，對功率變壓器進(jìn)行了優(yōu)化，以最小化共模電流。高壓側(cè)驅(qū)動器和主要功能側(cè)(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(qū)動器還具有RS-422差分接口，用于輸入脈寬調(diào)制信號，以提高快速功率級轉(zhuǎn)換期間的信號完整性。

由于低開關(guān)損耗，碳化硅晶體管可以實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換器的高開關(guān)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(zhuǎn)換器的尺寸和重量。為了保證高頻開關(guān)操作的安全性，柵極驅(qū)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(jì)算值方法為柵極總電荷乘以開關(guān)頻率。CMT-tit  8243 柵極驅(qū)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(qū)動器可以在92kHz的開關(guān)頻率下工作。實(shí)際上，最大開關(guān)頻率將受到功率模塊中開關(guān)損耗的限制，而不是柵極驅(qū)動器。