淺談碳化硅mosfet驅動與硅IGBT的區別 應用與分類-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-05-19
本文主要講硅IGBT與碳化硅MOSFET驅動的區別。我們先來看看碳化硅mosfet概述：在SiC MOSFET的開發與應用方面，與相同功率等級的Si MOSFET相比，SiC MOSFET導通電阻、開關損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提高了高溫穩定性。
硅IGBT與碳化硅MOSFET驅動兩者電氣參數特性差別較大，碳化硅MOSFET對于驅動的要求也不同于傳統硅器件，主要體現在GS開通電壓、GS關斷電壓、短路保護、信號延遲和抗干擾幾個方面，具體如下：
（一）開通關斷
對于全控型開關器件來說，配置合適的開通關斷電壓對于器件的安全可靠具有重要意義：
1）硅IGBT：各廠家硅IGBT對開通關斷電壓要求一致：
要求開通電壓典型值15V；
要求關斷電壓值范圍-5V~-15V，客戶根據需求選擇合適值，常用值有-8V、-10V、-15V；
優先穩定正電壓，保證開通穩定。
2）碳化硅MOSFET：不同廠家碳化硅MOSFET對開關電壓要求不盡相同：
要求開通電壓較高22V~15V；
要求關斷電壓較高-5V~-3V；
優先穩負壓，保證關斷電壓穩定；
增加負壓鉗位電路，保證關斷時候負壓不超標。
（二）短路保護
開關器件在運行過程中存在短路風險，配置合適的短路保護電路，可以有效減少開關器件在使用過程中因短路而造成的損壞。與硅IGBT相比，碳化硅MOSFET短路耐受時間更短。
1）硅IGBT：
硅IGBT的承受退保和短路的時間一般小于10μs，在設計硅IGBT的短路保護電路時，建議將短路保護的檢測延時和相應時間設置在5-8μs較為合適。
2）碳化硅MOSFET
一般碳化硅MOSFET模塊短路承受能力小于5μs，要求短路保護在3μs以內起作用。采用二極管或電阻串檢測短路，短路保護最短時間限制在1.5μs左右。
（三）碳化硅MOSFET驅動的干擾及延遲
1）高dv/dt及di/dt對系統影響
在高壓大電流條件下進行開關動作時，器件開關會產生高dv/dt及di/dt，對驅動器電路產生影響，提高驅動電路的抗干擾能力對系統可靠運行至關重要，可通過以下方式實現：
輸入電源加入共模扼流圈及濾波電感，減小驅動器EMI對低壓電源的干擾；
次邊電源整流部分加入低通濾波器，降低驅動器對高壓側的干擾；
采用共模抗擾能力達到100kV/μs的隔離芯片進行信號傳輸；
采用優化的隔離變壓器設計，原邊與次邊采用屏蔽層，減小相互間串擾；
米勒鉗位，防止同橋臂管子開關影響。
2）低傳輸延遲
通常情況下，硅IGBT的應用開關頻率小于40kHZ，碳化硅MOSFET推薦應用開關頻率大于100kHz，應用頻率的提高使得碳化硅MOSFET要求驅動器提供更低的信號延遲時間。碳化硅MOSFET驅動信號傳輸延遲需小于200ns，傳輸延遲抖動小于20ns，可通過以下方式實現：
采用數字隔離驅動芯片，可以達到信號傳輸延遲50ns，并且具有比較高的一致性，傳輸抖動小于5ns；選用低傳輸延時，上升下降時間短的推挽芯片。
總之，相比于硅IGBT，碳化硅MOSFET在提升系統效率、功率密度和工作溫度的同時，對于驅動器也提出了更高要求，為了讓碳化硅MOSFET更好的在系統中應用，需要給碳化硅MOSFET匹配合適的驅動。
基本半導體自主研發的碳化硅 MOSFET 具有導通電阻低，開關損耗小的特點，可降低器件損耗，提升系統效率，更適合應用于高頻電路。在新能源汽車電機控制器、車載電源、太陽能逆變器、充電樁、UPS、PFC 電源等領域有廣泛應用。
1、半橋兩并聯功率單元
該產品是青銅劍科技為基本半導體碳化硅 MOSFET 量身打造的解決方案，搭配基本半導體TO-247-3 封裝碳化硅 MOSFET。
2、通用型驅動核
1CD0214T17-XXYY 是青銅劍科技自主研發的一系列針對于單管碳化硅MOSFET 的單通道驅動核，可以驅動目前市面上大部分 1700V 以內的單管碳化硅 MOSFET， 該驅動核設計緊湊，通用性強。
3、電源模塊
Q15P2XXYYD是青銅劍科技自主研發的單通道系列電源模塊，支持多種柵極輸出電壓，可靈活應用于碳化硅MOSFET驅動。該電源模塊尺寸為 19.5 X 9.8 X 12.5 mm，設計緊湊，通用性強。
（一）應用
碳化硅mosfet模塊在光伏、風電、電動汽車及軌道交通等中高功率電力系統應用上具有巨大的優勢。碳化硅器件的高壓高頻和高效率的優勢，可以突破現有電動汽車電機設計上因器件性能而受到的限制，這是目前國內外電動汽車電機領域研發的重點。如電裝和豐田合作開發的混合電動汽車（HEV）、純電動汽車（EV）內功率控制單元（PCU），使用碳化硅MOSFET模塊，體積比減小到1/5。
三菱開發的EV馬達驅動系統，使用SiC MOSFET模塊，功率驅動模塊集成到了電機內，實現了一體化和小型化目標。預計在2018年-2020年碳化硅MOSFET模塊將廣泛應用在國內外的電動汽車上。
（二）分類
SiC-MOSFET 是碳化硅電力電子器件研究中最受關注的器件。在Si材料已經接近理論性能極限的今天，SiC功率器件因其高耐壓、低損耗、高效率等特性，一直被視為“理想器件”而備受期待。
然而，相對于以往的Si材質器件，SiC功率器件在性能與成本間的平衡以及其對高工藝的需求，將成為SiC功率器件能否真正普及的關鍵。
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