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標題: Driver Consideration PART-1 [打印本頁]

作者: 小融1號 時間: 2016-12-12 14:24
標題: Driver Consideration PART-1

電力電子領域，功率器件是個永恒的話題，從工藝到材料，每天都在不斷進步，這些進步提高了功率器件的開關速度，降低了開關損耗，導通損耗，進而可以提高電源的開關頻率和功率密度。在得到這些實惠的同時，功率器件的驅動設計變得越來越難，工程師需要特別注意驅動電路的設計，布板設計，熱設計等等。

這些器件里，主流的有Super Junction的MOSFET和頻率越做越高的IGBT，非主流的有價格昂貴的SiC MOSFET和逐漸成熟的高壓GaN MOSFET，這些器件都有非常廣泛的應用，這里不一一舉例，而這些常用的應用按驅動劃分的話，我覺得可以分為低邊驅動和非低邊驅動，低邊驅動例如PFC中的MOSFET/IGBT，Solar里面的boost等，非低邊驅動包括半橋/全橋，或者多電平等等應用，低邊和高邊的驅動差別就是驅動與controller的共地與不公共地，當然了還可以按照隔離與非隔離細分。

Part1：驅動電壓的設定

a, 常用的高/低壓MOSFET Vgs的耐壓在+/-25左右，驅動電壓設定到12V～15V左右就可以確保MOSFET充分導通，得到足夠低的Rds_on，驅動電壓太低，Rds_on會偏高，驅動電壓太高就浪費驅動能量了。

下圖是一個高壓MOSFET的跨導曲線，可以看到驅動電壓高于9V時MOSFET的Rds_on就基本不變了。

b, 關于IGBT，gate的輸入特性和MOSFET是類似的，一般建議驅動電壓設定在12V～15V，驅動電壓太低了，Vce_sat會比較高，驅動電壓太高的話，一方面浪費驅動能量，更重要的是縮短短路時間。

下圖是一個15A/600V的IGBT輸出特性圖，可以看到Vge大于11V時，就能有效飽和開通了。

下圖是同樣這顆IGBT的短路guarantee時間和驅動電壓的關系，可以看到Vge越高，短路電流越高，短路時間越短。

由于IGBT在逆變器中多工作在硬開關模式，在高功率的應用中，門極最好有負壓偏置，加快關斷速度的同時提高抗干擾能力。

c, 關于SiC MOSFET，與傳統Si MOSFET相比，SiC MOSFET對驅動電壓的要求就比較高了，下圖是SCT30N120的跨導曲線，可見它的跨導是比較低的，因此需要較高的驅動電壓才能得到足夠低的Rds_on，一般來說SiC的驅動電壓需要設定到18V～20V。

另外一方面，SiC的開關速度較快，Vth又比傳統Si MOSFET稍低，所以建議門極在關閉時用負壓偏置，確保有效關斷，提高門極的抗干擾能力。值得注意的是SiC MOSFET的門極耐負壓的能力較弱，要特別注意負壓毛刺。

d, 關于GaN MOSFET，是個目前比較流行的話題，先看下面兩張圖，表格是Vgs的AMR，圖片是跨導曲線，加上另外一個信息就是Vth的典型值是1.3V。從這幾個信息來看，GaN的跨導特性和SiC的很像，門檻電壓很低，是Logic level的，好在它的Vth是正溫度特性的，不像Si和SiC MOSFET。

因此，對于GaN的驅動電壓要越高越好，當然了，不能超過AMR，門極的負壓偏置最好也是要有的。

【未完待續......Part 2, 關于驅動電路/芯片的選擇】

文章來源：微信公眾號融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺，方案共享平臺）

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