新闻中心

EEPW首页 > 电源与新能源 > 设计应用 > 如何更好的使用EiceDRIVER IC驱动SiC MOSFET

如何更好的使用EiceDRIVER IC驱动SiC MOSFET

作者: 时间:2023-09-18 来源:英飞凌 收藏

碳化硅(SiC )和氮化镓(GaN)因其高频率、低损耗的特性得到广泛的应用,但对驱动系统的性能提出了更高的要求。英飞凌最新一代增强型™ 1ED34X1系列可提供高的输出电流、米勒钳位保护、精准的短路保护、可调的软关断等功能,为新一代的功率器件保驾护航。

本文引用地址://www.cazqn.com/article/202309/450637.htm

™增强型1ED34X1主要特色:

●  单通道隔离型栅极驱动芯片

●  输出电流典型值+3/6/9A

●  功能绝缘电压高达2300V

●  带米勒钳位、Desat短路保护、软关断

●  CMTI > 200kV/µs

●  输出侧电压供电区间(VCC2-VEE2)最大可到40V

●  隔离能力和相关认证:UL 1577 & VDE 0884-11

●  封装:DSO16 300 mil宽体封装8mm爬电距离适用于IGBTs,s,CoolSiC™ SiC


1692266710237887.png


(更多关于增强型1ED34X1系列的特点及参数请参考阅读:IGBT驱动芯片进入可编程时代,英飞凌新品X3有何玄机?)

北京晶川电子基于1ED3491设计了一款适配于SiC MOSFET驱动板:2SID-1ED3X-62MM-1206D0

主要特色:

●  2路输出,适用于62mm封装半桥器件

●  高度集成的隔离电源

●  短路保护

●  欠压保护

●  米勒钳位

●  兼容5V/15V PWM信号

●  高级驱动IC:1ED3491MU12M

●  适配于:

FF4MR12KM1H,1200V,4mΩ 62mm封装模块

FF2MR12KM1H,1200V,2mΩ 62mm封装模块


11.png


1ED34X1高输出电流能力有利于减少功率器件的开关损耗,并节约推挽电路成本

™ 1ED3491具有高达9A的输出电流典型值,在驱动大功率模块的时候可省去推挽电路实现节约成本、减少传播延时、提高开关速度,减少开关损耗。


12.jpg


我们通过双脉冲开关实验,对比了两种驱动方式的开关损耗:

●  测试板1:搭载1ED3491的驱动板2SID-1ED3X-62MM-1206D0

●  测试板2:搭载1ED020I12-F2(2A)及推挽元件IXDN609(9A)

●  模块型号:FF2MR12KM1H

●  驱动电压:+18V/-3.5V

●  Vbus=600V  Id=370A

CH2:下管Vgs、CH3:下管Vds

CH4:电流Id、CHm1:损耗


1692266635756082.png


图1、1ED3491驱动模块损耗Eon=22.3mJ


1692266624562366.png


图2、1ED3491驱动模块损耗Eoff=14.09mJ


1692266612966248.png


图3、2A驱动IC+推挽驱动模块损耗Eon=24.6mJ


1692266600782231.png


图4、2A驱动IC+推挽驱动模块损耗Eoff=15.2mJ

从测试结果可看出,使用1ED3491,比使用2A驱动+推挽的方式,开通损耗Eon降低了2.3mJ,降低大概9.3%。关断损耗Eoff降低了1.1mJ,降低大概7.2%。

1ED34X1米勒钳位抑制寄生导通,可外置MOSFET增强钳位能力

以下图为例展示米勒寄生导通产生的原因:在上管的开通时刻,下管关断,DS间电压上升,产生电压变化率dv/dt,dv/dt通过(Cgd)米勒电容向栅极注入电流。米勒电流跨越整体栅极路径使得下管栅极上出现电压尖峰。如果下管Vgs尖峰超过器件的Vgs(th),则可能会发生半桥直通现象。低阈值电压的功率器件,如SiC MOSFET,更有可能受到此影响损坏。如下图5。更多米勒效应的解释及应对方法可参考:米勒电容、米勒效应和器件与系统设计对策


1692266561239078.png


图5、米勒效应图解

1ED34X1系列集成米勒钳位功能。钳位方式分为两种。一种是直接钳位,例如1ED3431,即直接把clamp pin接到IGBT的门极。这种情况下钳位电流的典型值是2A,适用于100A以下的IGBT。


1692266548468703.png


另一种方式是在clamp pin外接一个N-MOSFET,来扩展钳位电流,以适应更大电流IGBT的需求。例如1ED3461及1ED3491。根据外接NMOS型号的不同,钳位电流最大可扩展到20A。


1692266535965219.png


驱动板2SID-1ED3X-62MM-1206D0在做SiC MOSFET双脉冲测试时,首先没有外接米勒钳位MOS,米勒效应引起了明显的门极电压过冲,如图6.1-2中CH1黄色通道红圈部分,Vgs尖峰2.08V, △V=5.58V。然后将1ED3491 CLAMPDRV脚外接5.4A MOS(PMV45EN),米勒钳位功能起到了立竿见影的效果,如图7.1-2中CH1黄色通道红圈部分,Vgs尖峰降为-1.26V,△v只有2.24V。

驱动电压:+18V/-3.5V

CH1:上管Vgs、CH2:下管Vgs

CH3:下管Vds、CH4:电流Id


18.png



1692266505458629.png


未加米勒钳位测试的全图与展开波形图


19.png



1692266481328782.png


加米勒钳位测试的全图与展开波形图

1ED34X1(clamp driver)Desat保护时间、软关断时间精确可调

由于SiC MOSFET器件短路耐受时间相对较短,CoolSiC™ MOSFET Easy封装模块在+15V驱动供电时,数据手册标称短路时间只有2us例如:FF17MR12W1M1H_B11。而62mm封装的CoolSiC™模块虽然没有标称短路时间,但仍然有一定的短路能力,这里我们使用62mm封装的模块来验证1ED3491的短路保护功能。

1ED34X1具有退饱和保护功能。以往短路保护消隐时间需要通过外接电容来实现,而1ED34X1系列则不需要外接电容,它通过ADJB引脚连接不同阻值的电阻可设置不同的消隐时间,共有16档可调,DESAT滤波时间tDESATfilter:1.6µs至4.0µs,Leading edge消隐时间tDESATleb:0.65µs至1.15µs。1ED34x1还具有在故障情况下软关断的功能。在器件出现过流故障的情况下,驱动芯片将会使用较低的电流关断IGBT,将会减慢IGBT的di/dt,避免出现过高的电压尖峰损坏IGBT。软关断的参数通过ADJA连接的电阻可调。系列中每一款芯片都有16档关断电流。

图8为当ADJA下拉电阻=10K、ADJB下拉电阻=100K的SiC短路波形,此时短路保护时间为1us,软关断时间为1.23us,能够满足SiC MOSFET 2us短路时间的苛刻要求。

CH1:Flt信号、CH2:下管Vgs、CH3:Desat信号


1692266441166769.png


图8、短路保护时间1us+软关断时间1.23us

 总结 

得益于英飞凌驱动1ED3491做强大的后盾,晶川驱动板2SID-1ED3X-62MM-1206D0能出色的驱动和保护SiC MOSFET。1ED34X1系列驱动芯片9A的输出电流能力省钱又省力、Clamp防直通立竿见影、Desat快准稳、Soft-off轻松防过压、DSO16封装小驱动更紧凑。英飞凌X3系列是驱动SiC MOSFET和IGBT的不二之选。

作者:张永 郑姿清 赵佳  来源:英飞凌



关键词: MOSFET EiceDRIVER MOSFET

评论


相关推荐

技术专区

关闭