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188体育-CISSOID发布最新工业和汽车级碳化硅功率模块高温栅极驱动器创新成果

发布时间 : 2019-07-30 15:22:44 浏览: 212次 作者:188体育

188体育-CISSOID发布最新工业和汽车级碳化硅功率模块高温栅极驱动器创新成果

各行业所需高温半导体解决方案的带领者CISSOID本日公布,公司将在7月17日– 20日在北京进行的“第二届亚太碳化硅和相干材料国际会议”上,颁发题为“一种用在工业和汽车级碳化硅MOSFET功率模块的高温栅极驱动器”的论文,并介绍公司在该范畴的最新研究开辟功效。CISSOID首席手艺官Pierre Delatte将在19日在该会议上颁发该文章。现今,碳化硅(SiC)在汽车制造商的鼎力追捧下方兴日盛,碳化硅手艺可以供给更高的能效和增添功率密度;在工业利用方面,愈来愈多的人则被碳化硅手艺的长处所吸引。为了充实阐扬碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)在快速开关和低消耗方面的优势,仍然需要应对两个首要的挑战:一是实现精心优化的低感抗负载(寄生感抗)功率模块,二是采取强劲靠得住且快速的栅极驱动器来高靠得住和高能效地驱动碳化硅工作。对SiC MOSFET驱动器,首要有以下几个方面的要求:• 面向高能效的快速开关能力(高dV/dt)• 面向高功率密度的高开关频率• 高压稳健性• 运行操作平安靠得住CISSOID在论文中提出了一种新的栅极驱动板,其额定温度为125°C(Ta),它还针对采取半桥式SiC MOSFET的 62mm功率模块进行了优化,如图1所示。这款采取CISSOID HADES栅极驱动器芯片组的电路板的额定温度为175°C(Tj),并为工业利用中利用的高密度功率转换器设计供给了散热设计余量。基在不异的手艺,今朝正在为基在碳化硅的电动汽车电源逆变器开辟三相栅极驱动板。SiC MOSFET撑持快速开关和低开关消耗。经由过程削减外部栅极电阻从而增添了峰值栅极电流和dV/dt,进一步下降了开关消耗。是以,栅极驱动器必需可以或许供给岑岭值栅极电流以实现高功率效力。为了限制dV/dt并避免模块内部扰动,凡是对碳化硅功率模块进行内部阻尼按捺。CAS300M12BM2模块的内部栅极电阻为3欧姆。当驱动电压为+20V/-5V时,内部栅极电阻将峰值栅极电流限制在8.3A。凡是建议增添最小的外部栅极电阻,例如2.5欧姆,以免任何关扰,且将峰值电流限制在4.5A。当温度为125°C且最年夜峰值栅极电流为10A时,CMT-TIT8243栅极驱动器可以以最年夜的dV/dt驱动1200V/300A 碳化硅功率模块,从而使开关转换消耗变得最小。假如但愿经由过程高dV/dt来削减开关消耗,则会使栅极驱动器的设计变得更具挑战性。事实上,高dV/dt经由过程诸如电源变压器和数字隔离器等隔离阻断的寄生电容时,会发生高共模电流来干扰栅极驱动器的运行,并发生没必要要的行动,如附加的开机或关机。CMT-TIT8243栅极驱动器的设计旨在供给针对高dV/dt的鲁棒性:为了实现低寄生电容而对电源变压器进行了优化,以尽可能下降共模电流。高压侧驱动器和包罗电源变压器和隔离器在内的主功能侧之间的总寄生电容小在10pF。CMT-TIT8243包管在dV/dt>50kv/μs下正常工作。另外CMTTIT8243栅极驱动器还具有效在输入脉宽调制旌旗灯号的RS-422差分接口,以提高功率级快速转换时代的旌旗灯号完全性。得益在低开关转换消耗,碳化硅晶体管可以或许在处在节制下的功率器件连结冷却的同时,实现电源转换器的高开关频率。这就缩减了滤波器和变压器的尺寸,也年夜年夜减小了电源转换器的尺寸和重量。为了包管高频开关操作的平安,栅极驱动器的隔离DC-DC转换器必需可以或许供给足够的平均栅极电流,其计较方式是栅极总电荷乘以开关频率。CMT-TIT8243栅极驱动器可觉得每一个通道供给95mA的平均栅极电流。在800V/300A下,1200 V/300A SiC MOSFET模块的总栅极电荷约为1µC,这意味着栅极驱动器可以在92kHz的开关频率下工作。现实上,最年夜开关频率将遭到功率模块中开关消耗的限制,而不是遭到栅极驱动器的限制。

123图1. 高温高压隔离栅驱动器用在 62mmSiC MOSFET电源模块

因为工作时可承受的结温度更高,SiC MOSFET手艺也有助在实现高功率密度。跟着转换器内部功率密度的增添,情况温度也随之升高。人们在尽力使得电源模块降温的时辰,他们却常常轻忽了栅极驱动器的冷却。在不下降最年夜平均栅极的电流时,CMT-TIT8243的栅极驱动器的情况工作温度为125°C,为高功率密度转换器供给了更高的温度余量,从而简化了其散热设计和机械设计。当SiC MOSFET的导通电阻随栅极至源极电压的下降而下降时,具有不变和正确的正驱动电压长短常主要的。必需处置正驱动电压的主要转变意味着在功率转换器的散热和温度节制设计中必需要有更年夜的余量。CMTTIT8243栅极驱动器的正驱动电压精度高在5%,这可以简化功率级的散热和温度节制设计。碳化硅手艺将高在600伏的阻断电压的各类最好优势带给了用户。高dI/dt比在包罗电源模块、母线和直流母线电容等电源回路中的寄生电感上发生了电压超调。栅极驱动器也面对这些高电压并必需包管高隔离。CMT-TIT8243栅极驱动用具有高隔离电压(在50赫兹/1分钟时为3600 Vrms),可在卑劣的电压情况下供给平安冗余,而且还设计了高隔离距离(creepace>14 mm,间隙>12 mm),以便在污染情况下平安运行:最后但主要的是,故障庇护对快速开关碳化硅栅极驱动器相当主要,包罗:• 欠压解锁庇护(UVLO):监控输入主供电电压和辅助输出电压,当低在法式设定阈值时陈述故障。• 反堆叠:在高侧和低侧的脉宽调制(PWM)旌旗灯号之间强迫实现最小的不堆叠。• 自动米勒钳位(AMC):在关断后为负栅极电阻成立旁路,以庇护功率场效应晶体管不受寄素性接通的影响。• 去饱和检测:在接通电源和消隐时候后查抄场效应晶体管是不是放电,源电压是不是低在阈值。不然,极可能意味着电源子系统产生了短路,必需封闭有源晶体管。• 软关机:在呈现故障的环境下,功率晶体管进行迟缓封闭,以将高dI/dt的超调影响降到最低。

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