MOSFET(碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管)凭借高频、高功率、低损耗等卓越性能,SiC MOSFET驱动方案备受关注。然而,SiC MOSFET的独特器件特性,也意味着它们对栅极驱动电路有特殊的要求。
本文将围绕SiC MOSFET的驱动方案展开了解,其中包括驱动过电流、过电压保护以及如何为SiC MOSFET选择合适的驱动芯片等。
SiC MOSFET 在实际场景应用时,漏源极发生过电压,一般情况有以下两种:
当母线电压较高且不稳定时,电力电子变换装置主电路的电压就会超过了SiC MOSFET 漏源极的额定电压,从而导致器件击穿损坏。
第二种是发生在SiC MOSFET 关断时,漏极电流变化率 di/dt会比较高,这种高速变化,会在电路回路寄生电感上产生电压,并与母线电压一起叠加在SiC MOSFET 漏源极两端,这会导致SiC MOSFET 漏源极电压产生较大的电压过冲,严重时会超过器件的安全电压,导致SiC MOSFET 器件损坏。
因此,直流母线电压不稳定,以及漏源极电压过冲是产生漏源极电压过电压的主要因素。
为了保护器,以及变换器安全运行,目前在一些大功率场合,人们常常使用的漏源极过电压保护措施是:
2.针对回路中杂散电感,与电流变化较大引起的过电压:常采用无源缓冲电路或者有源箝位电路进行保护。(图为RC 缓冲电路)
SiC MOSFET(碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)栅源极过电压的主要原因可分为以下两点:
2. 当SiC MOSFET应用于桥式电路时,在某一开关管的开关瞬态下,另一开关管的栅源极电压,可能超过栅源极开启电压或负向安全电压。
为确保SiC MOSFET的正常运行,一般需将其栅源极电压控制在-10至25V的范围内。若电压超出这一范围,可能会导致SiC MOSFET遭受永久性损坏。
为避免此类情况,SiC MOSFET的驱动电路应配备栅源极保护措施:比如采用传统栅源极并联电容的方法,以确保栅源极电压保持在允许范围内。
过电流故障指的是SiC MOSFET 因为控制信号与负载端异常,器件漏极电流大于额定值,使得器件损坏现象。
根据SiC MOSFET 的过电流故障时,其电流值对额定电流的倍数。可以将过电流故障分为过载故障与短路故障。
指SiC MOSFET 在实际应用场景下,其所在电子装置的输出值大于负载额定值,而发生的故障,此时SiC MOSFET 电流值约为额定电流的 1.4 倍左右。
当SiC MOSFET 在过载过流故障状况下,电流变化较小,且器件能承受时间相对较长。
指的是负载发生短路或桥式电路结构中,上下管近乎同时导通时发生的故障,此时SiC MOSFET 电流值,将会迅速地增大到+其额定电流值 9 倍左右。
在这种情况下,由于快速经过器件的电流过大,SiC MOSFET承受时间相对较短,因此需要安全可靠且快速检测电流保护方案:
可以采用目前测量电流最简单分流电阻检测方法,在回路中串联一个电阻器,来检测电流,该方案较为简单且可在任意系统中自由选择使用。与此同时,为了最大限度减少对电路的影响,以及降低自身功率耗散,分流电阻阻抗值一般很低。
SiC MOS器件选择时,应优先考虑具有较大峰值输出电流的驱动芯片。同时,若输出脉冲具备较快的上升和下降速度,则驱动效果更佳。这意味着,驱动芯片的上升和下降时间参数均需较小。
b、使用带有有源米勒箝位功能的驱动芯片,使其在关断期间不因米勒效应发生误触发;
4.芯片抗干扰性(CMTI),处于高频应用环境下,这要求芯片本身具有较高的抗干扰度。
当然,选择性能较优的SiC MOSFET也是高频驱动应用中的重要因素。新推出的SiC MOSFET产品,就具备非常低的开关损耗和传导损耗, 低损耗特性得以实现,得益于相对平稳的RDS(通态电阻)与温度之间的依赖关系。特别是,抑制寄生电容引发的门极误开通,增强了器件的稳健性,不仅对降低开关损耗有益,同时也提高了产品的易用性。
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