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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

zhaojia
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碳化硅(SiC MOSFET)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EiceDRIVER™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。

EiceDRIVER™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 ,MOSFETs ,CoolSiC™ SiC MOSFET

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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-1ED3X62MM-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
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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

EiceDRIVER™ 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。

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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

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图1 、1 ED 3491 驱动模块损耗Eon= 22 . 3 m J
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2 1 ED 3491 驱动模块损耗Eoff= 14 . 09 m J

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图3 、2 A驱动IC+推挽驱动模块损耗

Eon= 24 . 6 m J

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4 2 A驱动IC+推挽驱动模块损耗

Eoff= 15 . 2 m J

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

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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。

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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。

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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

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未加米勒钳位测试的全图与展开波形图

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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

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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。

更多1ED3491芯片相关信息,请点击文末“阅读原文”

如果您对英飞凌EiceDRIVER™1ED34X1系列SiC MOSFET产品系列感兴趣,请填写客户信息咨询表 ,我们将后续跟进。

参考阅读
怎么理解驱动芯片的驱动电流能力 
IGBT驱动电流及驱动功率的计算
 
隔离型驱动的新势力:英飞凌无磁芯变变压器(CT:Coreles s Trans former)隔离型驱动

 

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