本帖最后由 RONDO7174 于 2016-9-29 23:01 编辑
碳化硅MOSFET作为新型高压大功率开关管，具有耐压高、开关速度快、导通电阻小、通流能力强的特点。目前主要产品集中在1200V/1700V，相比于传统的MOSFET具有非常大优势。半导体厂商Cree 生产的SiC器件在行业内具有代表性。 在功率电路中，驱动电路对于保证功率开关器件快速、可靠开通关断具有重要意义。 SiC MOSFET对驱动要求较髙， 主要体现在驱动电压和驱动速度上。一般Si器件的驱动电压范围为-20-20Ｖ，开启电压在2-5V，Si IGBT功率器件的驱动髙低电平采用15Ｖ/-5V，SiMOSFET的驱动髙低电平采用15V/0V,或者15V/-15V，而在此研究的SiCMOSFET，驱动电压范围为-6V-22V，虽然其开启电压只有2.7V，并且随温度升高而减小，但只有当驱动电压达到18~20V时，才能完全开通。故常规Si功率器件的驱动电路不能直接驱动ＳiCMOSFET，其驱动条件如下：（1）18~20V的驱动电压。足够高的驱动电压才能使SiCMOSFET完全开通，减小其导通损耗；（2）负压关断，加快关断速度，并且防止栅极振荡引起的误开通；（3）提供栅极有源箝位电路，防止较大的开关速度导致栅极电阻上的压降引起误开通；（4）驱动回路寄生电感足够小，减小栅极振荡。Cree生产的二代SiC MOSFET 推荐驱动电压为20V/-5V，其提供了单管的驱动电路解决方案，具体的参考文档可以参考附件。电路如下图1所示。 图1 驱动电路原理图 驱动电路的主要由隔离电源、光耦、驱动构成。驱动器选用IXDN609，峰值电流9A，能够保证开管断快速开通关断。驱动电阻在开通和关断时阻值不同，开通时大，关断时小，使管子具有更快的开通速度。隔离电源选用的是一个出正负12V，一个出5V，将电源串联，则驱动高电平为24V，低电平为-5V。光耦采用射极跟随器供电，供电电压为17.3V左右。整个驱动电路的原理相对简单，思路比较清晰。与普通MOSFET相比主要的区别在于驱动电压。
在上述官方参考电路中，采用两个隔离电源模块，占用较多的地方。如果能够使用一个隔离电源模块，则能够大大缩小驱动电路尺寸。幸运的是，金升阳推出QA01C驱动模块（技术文档见附件），输出20V/-4V，专门用于SiC驱动。在官方参考的基础上，采用QA01C替代电源模块，设计了一款SiC驱动器，专门用于驱动SiC MOSFET，如下图2,3所示。PCB板尺寸为35mm*18mm，非常紧凑。采用紧凑的设计能够极大的降低驱动环路的寄生电感，减少开关波形的震荡。 用其驱动1200V/19A SiCMOSFET C2M0160120D。驱动波形如下图4,5,6所示，在连接时采用开尔文连接，尽量减少驱动环路的电感。从图中可以看出开关管的上升/关断时间都约为20nS，开关非常快，能够有效减少开关损耗。 图2 图3
图4 驱动波形Vgs 图5 驱动波形上升沿 图6 驱动波形下降沿 在Cree公司最近推出的第三带SiC MOSFET器件中，如下图7，采用7L D2PAK封装，二号管脚作为专门用于驱动的Source端，使开关管适合于采用开尔文连接，能够减少环路寄生电感，使开关管更好的开通关断。具体分析可以参考附件中英飞凌MOSFET中的分析。 图7 Cree第三代MOSFET封装图
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