Driver Consideration PART-1

ID:140840 · 發(fā)表于 2016-12-12 14:24

電力電子領(lǐng)域，功率器件是個(gè)永恒的話題，從工藝到材料，每天都在不斷進(jìn)步，這些進(jìn)步提高了功率器件的開關(guān)速度，降低了開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗，進(jìn)而可以提高電源的開關(guān)頻率和功率密度。在得到這些實(shí)惠的同時(shí)，功率器件的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)變得越來越難，工程師需要特別注意驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，布板設(shè)計(jì)，熱設(shè)計(jì)等等。

這些器件里，主流的有Super Junction的MOSFET和頻率越做越高的IGBT，非主流的有價(jià)格昂貴的SiC MOSFET和逐漸成熟的高壓GaN MOSFET，這些器件都有非常廣泛的應(yīng)用，這里不一一舉例，而這些常用的應(yīng)用按驅(qū)動(dòng)劃分的話，我覺得可以分為低邊驅(qū)動(dòng)和非低邊驅(qū)動(dòng)，低邊驅(qū)動(dòng)例如PFC中的MOSFET/IGBT，Solar里面的boost等，非低邊驅(qū)動(dòng)包括半橋/全橋，或者多電平等等應(yīng)用，低邊和高邊的驅(qū)動(dòng)差別就是驅(qū)動(dòng)與controller的共地與不公共地，當(dāng)然了還可以按照隔離與非隔離細(xì)分。

Part1：驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)定

a, 常用的高/低壓MOSFET Vgs的耐壓在+/-25左右，驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定到12V～15V左右就可以確保MOSFET充分導(dǎo)通，得到足夠低的Rds_on，驅(qū)動(dòng)電壓太低，Rds_on會(huì)偏高，驅(qū)動(dòng)電壓太高就浪費(fèi)驅(qū)動(dòng)能量了。

下圖是一個(gè)高壓MOSFET的跨導(dǎo)曲線，可以看到驅(qū)動(dòng)電壓高于9V時(shí)MOSFET的Rds_on就基本不變了。

b, 關(guān)于IGBT，gate的輸入特性和MOSFET是類似的，一般建議驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)定在12V～15V，驅(qū)動(dòng)電壓太低了，Vce_sat會(huì)比較高，驅(qū)動(dòng)電壓太高的話，一方面浪費(fèi)驅(qū)動(dòng)能量，更重要的是縮短短路時(shí)間。

下圖是一個(gè)15A/600V的IGBT輸出特性圖，可以看到Vge大于11V時(shí)，就能有效飽和開通了。

下圖是同樣這顆IGBT的短路guarantee時(shí)間和驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系，可以看到Vge越高，短路電流越高，短路時(shí)間越短。

由于IGBT在逆變器中多工作在硬開關(guān)模式，在高功率的應(yīng)用中，門極最好有負(fù)壓偏置，加快關(guān)斷速度的同時(shí)提高抗干擾能力。

c, 關(guān)于SiC MOSFET，與傳統(tǒng)Si MOSFET相比，SiC MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的要求就比較高了，下圖是SCT30N120的跨導(dǎo)曲線，可見它的跨導(dǎo)是比較低的，因此需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓才能得到足夠低的Rds_on，一般來說SiC的驅(qū)動(dòng)電壓需要設(shè)定到18V～20V。

另外一方面，SiC的開關(guān)速度較快，Vth又比傳統(tǒng)Si MOSFET稍低，所以建議門極在關(guān)閉時(shí)用負(fù)壓偏置，確保有效關(guān)斷，提高門極的抗干擾能力。值得注意的是SiC MOSFET的門極耐負(fù)壓的能力較弱，要特別注意負(fù)壓毛刺。

d, 關(guān)于GaN MOSFET，是個(gè)目前比較流行的話題，先看下面兩張圖，表格是Vgs的AMR，圖片是跨導(dǎo)曲線，加上另外一個(gè)信息就是Vth的典型值是1.3V。從這幾個(gè)信息來看，GaN的跨導(dǎo)特性和SiC的很像，門檻電壓很低，是Logic level的，好在它的Vth是正溫度特性的，不像Si和SiC MOSFET。

因此，對(duì)于GaN的驅(qū)動(dòng)電壓要越高越好，當(dāng)然了，不能超過AMR，門極的負(fù)壓偏置最好也是要有的。

【未完待續(xù)......Part 2, 關(guān)于驅(qū)動(dòng)電路/芯片的選擇】

文章來源：微信公眾號(hào) 融創(chuàng)芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務(wù)平臺(tái)，項(xiàng)目眾包平臺(tái)，方案共享平臺(tái)）

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