驱动SiC的挑战应该怎样应对?

日期:2021-01-15

——访Power Integrations工业高压营销总监Francesco Fisichella
 
近年来,碳化硅(SiC)引发了行业的广泛关注,也确实在一些领先应用中使用了SiC,不过,为了充分发挥碳化硅的各种优势,还需要解决一些使用过程中遇到的难题,其中一个重要问题就是SiC器件的驱动。
最近,功率系统设计(PSDC)采访了多家SiC半导体领先公司的技术管理和设计人员,他们根据各自公司的碳化硅器件特点给出了相应的解决办法,这次采访的是Power Integrations工业高压营销总监Francesco Fisichella。
 

 
PSDC:您认为,SiC门极驱动的难点在哪里?您的公司是怎么做的?做到了什么程度?比如现在差不多是18V还是更低,有什么意义?
 
Francesco Fisichella在驱动SiC器件方面,有几个挑战需要解决:
·首先,与IGBT(+15V/-15V)不同,SiC器件没有通用门极电压。门极电压大小不一,可以介于-4V和-10V/+15V和+20V之间,这完全取决于器件厂商所采用的技术。因此,SiC器件驱动器必须非常灵活。不过,发展趋势是-5V和+15V至+20V。
·第二,并非所有SiC模块都能承受短路,那些能承受短路的模块通常比IGBT模块(通常为10μs)的承受时间要短得多(2-4µs)。这就要求门极驱动器能够检测到短路,并非常迅速地关断器件,而不会因灵敏度过高和误触发造成问题。
·第三,控制负电压至关重要。所施加的负电压对SiC MOSFET的门极氧化可靠性有很大的影响,从而影响其寿命。这个问题要求负轨的电压得稳定好。此外,驱动器必须能够在比典型负压更高的情况下工作(例如-5V,而不是-10V),而不会因电压尖峰而导致寄生导通。后一种情况可能导致转换器内部发生严重故障,例如电桥短路。
 
PSDC:您能否用自己的器件举例说明怎样设计SiC的门极驱动?
 
Francesco Fisichella我们观察市场的发展趋势,为客户量身提供定制化的解决方案,并为一些应用场景提供开放市场的解决方案。Power Integrations的SCALE™-2和SCALE-iDriver™技术能够满足各种不同的门极电压要求及短路要求,方法是通过控制负轨或正轨。
我们不妨先来介绍一下应用指南AN-1601 ——《使用SCALE-2和SCALE-2+门极驱动核以及SCALE-iDriver门极驱动器IC控制SiC MOSFET功率开关》。除了驱动IGBT和MOSFET等常规的硅基功率器件(分别需要+15V/-10V和+10V至+20V/0V的开通和关断门极电压)外,SCALE-2、SCALE-2+门极驱动核以及SCALE-iDriver门极驱动IC还能够驱动SiC MOSFET功率开关。但是,如在第一问题中所言,SiC开关通常需要的开通和关断电压电平与硅基器件所要求的不同。该应用指南探讨将SCALE门极驱动器与SiC MOSFET开关配合使用的优化方法。
该应用指南介绍了如何根据目标SiC MOSFET的需要,修改SCALE-2驱动核周围的电路,以调整和控制负(或正)轨的电压。此外,还介绍了用于调整短路保护的方法,以满足(举例)2µs的检测和关断时间。
Power Integrations的网站提供了大量关于SCALE-iFlex™产品的详细技术文档。SCALE-iFlex门极驱动器产品系列包括一个中央绝缘主控制(IMC)和多达四个模块适配型门极驱动器(MAG),以及一个电缆套件。IMC适用于耐压高达3300V的功率模块,而MAGs则有不同的型号,适用于不同供应商推出的功率模块和3300V电压等级的各种器件技术。
 

 
SIC1182K单通道SiC MOSFET门极驱动器就是其中很好的例子,它的额定电流高达8A,并可提供高级有源钳位和高达1200V的加强绝缘。
 

 
PSDC:您能否从厂商的角度为用户设计SiC驱动提出一些建议和解决办法?
 
Francesco Fisichella最重要的问题是,SiC驱动器必须与SiC模块完美匹配。这听起来似乎很简单,但是如前所述,SiC门极驱动器比IGBT驱动器更复杂,因为SiC的特性导致参数范围更广,并且保护功能必须进行高度调优。因此,SiC模块制造商可能会推荐首选合作伙伴的可靠解决方案。Power Integrations长年专注于门极驱动器设计,可提供标准设计、经配置的标准设计和全定制设计。
 
PSDC:对用户来说,选择哪种SiC器件驱动的模式更好?您的企业是怎么做的?
 
Francesco FisichellaPower Integrations是一家专业的门极驱动器设计公司,我们的驱动器可以解决问题1中所述的所有挑战。多年来,我们一直与器件和模块制造商合作,帮助他们了解SiC器件的优势以及如何成功使用它们,以便他们可以从带给功率系统的优势中受益。
 

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