碳化硅mos管的优错误谬误,驱动电路设想阐发-KIA MOS管

碳化硅mos管详解

碳化硅（SiC）是由碳元素和硅元素构成的一种化合物半导体资料，是建造低温、高频、大功率、高压器件的抱负资料之一。比拟传统的硅资料（Si），碳化硅的禁带宽度是硅的3倍；导热率为硅的4-5倍；击穿电压为硅的8-10倍；电子饱和漂移速率为硅的2-3倍，知足了古代产业对高功率、高电压、高频次的须要，首要被用于建造高速、高频、大功率及发光电子元器件，下流利用范畴包含智能电网、新动力汽车、光伏风电、5G通讯等，在功率器件范畴，碳化硅二极管、MOSFET已普遍利用。  

碳化硅器件有更耐高压，在开关频次、散热才能和消耗等目标上也远好过硅基器件。除禁带宽度更宽，碳化硅资料还具备更高的饱和电子迁徙速率、更高的热导率和更低的导通阻抗，碳化硅器件比拟于硅基器件的上风表现在：阻抗更低，能够或许或许削减产物体积，进步转换效力；频次更高，碳化硅器件的任务频次可达硅基器件的10倍，并且效力不跟着频次的降落而降落，能够或许或许降落能量消耗；能在更高的温度下运转，同时冷却体系能够或许或许做的更简略。

碳化硅从资料到半导体功率器件会履历单晶发展、晶锭切片、内涵发展、晶圆设想、建造、封装等工艺流程。在分解碳化硅粉后，先建造碳化硅晶锭，而后颠末切片、打磨、抛光获得碳化硅衬底，经内涵发展获得内涵片。内涵片颠末光刻、刻蚀、离子注入、金属钝化等工艺获得碳化硅晶圆，将晶圆切割成die，颠末封装获得器件，器件组合在一路放入特别外壳中组装成模组。

碳化硅（SiC）MOS管作为一种新型功率器件，与传统的硅基功率器件比拟，在某些特定前提下具备怪异的上风，但也存在必然的缺乏。SiC MOS管具备温度高、频次高、效力高档长处，但在建造本钱和靠得住性方面仍存在挑衅和改良空间。

长处：

低温特征优良：能够或许或许在低温下一般任务，具备更高的热不变性。

高频特征好：因为电子迁徙速率快，消耗小，在高频场所下具备更好的机能表现。

开关速率快：门电容小，能够或许或许完成更快的开关速率和更高的效力。

导通消耗小：导通电阻比硅MOSFET低很多，有益于削减导通消耗。

体积小、分量轻：接纳了更小尺寸的芯片，能够或许或许进步功率器件的集成度。

错误谬误：

建造工艺难度大：须要接纳更高难度的资料和工艺，致使建造本钱较高。

手艺有待成熟：碳化硅MOS管的贸易化利用绝对较新，手艺和市场的承认度还须要进一步进步。

靠得住性题目：因为资料的错误谬误、器件的寿命等题目，其靠得住性还有待进步。

碳化硅器件驱动电路设想倡议

碳化硅器件的驱动选型与设想，成为阐扬SiC MOSFET特征上风的关头关头。为SiC MOSFET挑选适合的栅极驱动芯片，须要斟酌以下几个方面：

1. 驱动电平与驱动电流的请求

因为SiC MOSFET器件须要任务在高频开关场所，其面临的因为寄生参数所带来的影响加倍较着。因为SiC MOSFET自身栅极开启电压较低，在现实体系中更轻易因电路串扰产生误导通，是以凡是倡议利用栅极负压关断。

为了使SiC MOSFET在利用中更简略单纯替换IGBT，参半导体厂家在SiC MOSFET设想驱动特征靠近硅IGBT。惯例碳化硅器件的驱动电压在+18V摆布,在某些利用中能够或许或许利用15V栅极守旧电压，更低的驱动电压+12V。而栅极关断电压最低为-5V摆布。是以，抱负的合用于SiC MOSFET的驱动芯片应当能够或许或许笼盖各类不一样的栅极守旧和关断电压须要，最少须要驱动芯片的供电电压压差Vpos-Vneg可达到25v。

固然SiC MOSFET具备较小的栅极电容，所须要的驱动功率绝对传统IGBT较着较小，可是驱动电流的巨细与开关器件任务速率紧密亲密相干，为顺应高频利用疾速守旧关断的须要，须要为SiC MOS挑选具备较大峰值输入电流的驱动芯片，并且若是输入脉冲同时兼具充足快的回升和降落速率，则驱动结果加倍抱负，这就象征着请求驱动芯片的回升与降落时候参数都比拟小。

2．知足较短死区时候设定的请求

在桥式电路布局中，死区时候的设定是影响体系靠得住运转的一个关头身分。SiC MOSFET器件的开关速率较传统IGBT有了大幅进步，很多现实利用都但愿能是以进一步进步器件的任务频次，从而进步体系功率密度。这也象征着体系设想中须要较小的死区时候设定与之婚配，同时，挑选较短的死区时候，也能够或许或许保障逆变体系具备更高的输入电压品质。

死区时候的计较，除要斟酌开关器件自身的守旧与关断时候，特别是小电流下的开关时候以外，驱动芯片的传输延时也须要考量。特别对自身开关速率较快的开关器件，芯片的延时在死区设定的考量中所占的比重更大。别的，在断绝型驱动设想中，凡是接纳的是一拖一的驱动体例，是以，芯片与芯片之间的参数婚配差别，也须要在死区设定时一并考量。要知足较小死区时候的请求，挑选驱动芯片时，须要呼应的参考芯片自身传输延时时候参数，和芯片对芯片的婚配延时。

3．芯片所带的掩护功效

1）短路掩护

SiC MOSFET与传统硅MOSFET在短路特征上有所差别，差别型号SiC MOSFET短路蒙受才能存在差别，但短路掩护呼合时候越短越好。鉴戒IGBT退饱和检测体例，按照开关管输入特征，SiC MOSFET漏源极电压巨细可反应电流变更。与硅IGBT比拟，SiC MOSFET输入特征曲线的线性区及饱和区不较着过渡，产生短路或过流时电流回升依然很快，这就象征着掩护电路须要更快的呼应速率来停止掩护。

针对SiC MOSFET的短路掩护须要，须要挑选检测速率快，呼合时候短的驱动芯片停止掩护电路设想。

另外，按照IGBT的设想经历，每次守旧时，须要设定一段消隐时候来防止因为守旧后期的Vce电压从高位降落所致使的DSAET误触发。消隐时候的须要，又对本只要3us的SiC MOSFET的短路掩护电路设想提出更严苛的挑衅，须要驱动芯片的DESAT相干参数具备更高的精度，以完成有用的掩护设想。同时，也须要更优化的驱动电路的PCB设想，保障更小的环路寄生电感的影响。

2）有源米勒箝位

SiC MOSFET的栅极开启电压较低，加上其寄生电容小，它对驱动电路寄生参数的影响也加倍敏感，更轻易形成误触发，是以常保举利用负压停止关断。但同时，因为SiC MOSFET所能蒙受的栅极负压规模较小，过大的负向电压尖峰能够击穿开关管，某些厂家提出保举较高的负压关断，乃至0v关断。此种情况下，为保障器件在关断时代不因米勒效应产生误触发，能够或许或许利用带有有源米勒箝位功效的驱动芯片停止设想。

4. 芯片抗搅扰性（CMTI）

共同SiC MOSFET利用的驱动芯片，处于高频利用情况下，这请求芯片自身具备较高的抗搅扰度。经常使用于评价驱动芯片抗扰度的参数为CMTI。现行规范中，对磁断绝型驱动芯片抗扰性地丈量体例，统筹了电压回升延与降落延dv/dt，这与现实SiC MOSFE守旧和关断都很是敏捷的任务特征很是类似，是以CMTI参数能够或许或许作为权衡用于驱动SiC MOSFE的驱动芯片抗扰度的手艺参考。

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