碳化硅驅(qū)動芯片在橋式電路中,死區(qū)時間是影響系統(tǒng)電路可靠性的關(guān)鍵參數(shù),合理的設(shè)定可以避免上下管直通的情況發(fā)生。碳化硅MOSFET的開關(guān)速度相比于IGBT要快很多,目前在工業(yè)與汽車應(yīng)用領(lǐng)域,普遍開關(guān)頻率在30~200kHz,典型應(yīng)用在100kHz左右,比如高壓電源輔助電源,而IGBT通常在5~50kHz,目前最高頻的也在100kHz以下。通過提高開關(guān)頻率能夠提高系統(tǒng)的功率密度,減小系統(tǒng)尺寸,帶來的死區(qū)時間需要設(shè)計更小,輸出波形質(zhì)量也更高。
死區(qū)時間的設(shè)計,需要考慮開關(guān)器件本身的開通與關(guān)斷時間,小電流下的開關(guān)時間尤為關(guān)鍵,同時驅(qū)動芯片的傳輸延時也需要考量。對于開關(guān)頻率越高的應(yīng)用,死區(qū)時間所占的比重就越大,要滿足較小死區(qū)時間的要求,除了考量芯片本身的傳輸延遲時間,還要考慮芯片與芯片的匹配延遲,尤其是對于高電流驅(qū)動芯片的要求,通常選擇隔離芯片與電流放大芯片相結(jié)合的方式。
如前面輸出特性所提,碳化硅沒有明顯的線性區(qū)與飽和區(qū),在電路發(fā)生過流的時候,輸出阻抗較小,器件沒有沒有完全進(jìn)入飽和區(qū),漏源極電壓不會大量增加,過流或短路電流上升很快,這時就需要電路能有更快的響應(yīng)速度。
對于開關(guān)頻率100kHz,其開關(guān)周期為10us,以英飛凌碳化硅為例,其耐受短路時間為3us,因此監(jiān)測與保護(hù)電路要有更快的響應(yīng)速度與精度。
Littelfuse IX4351是專為碳化硅MOSFET與IGBT開發(fā)的驅(qū)動芯片。
碳化硅驅(qū)動芯片特點(diǎn):
●獨(dú)立9A峰值汲取電流
●工作電壓范圍:-10V~+30V
●內(nèi)部負(fù)壓充電泵條件驅(qū)動輸出負(fù)壓
●去飽和監(jiān)測帶輸出軟關(guān)斷驅(qū)動
●TTL與CMOS兼容輸入
●欠壓閉鎖
●過溫關(guān)斷
●故障輸出開關(guān)
●驅(qū)動電路
該驅(qū)動電路外圍線路圖如果是應(yīng)用于橋式電路,前端需要搭配隔離驅(qū)動芯片,其中芯片的供電電壓為驅(qū)動正壓與負(fù)壓的絕對值和,因此可以簡化供電回路,僅需一個電壓。
驅(qū)動延遲
IX4351去飽和保護(hù)電壓閾值為6.8V,尖峰消隱時間為250ns,去飽和到故障信號輸出傳輸延遲時間為150ns,去飽和到輸出軟關(guān)斷傳輸延遲時間為125ns,開通傳輸延遲70ns,關(guān)斷傳輸延遲65ns。
電壓調(diào)節(jié)與負(fù)壓產(chǎn)生
Vreg內(nèi)部有4.6V電壓調(diào)節(jié)器用于低壓控制回路,外部需要并聯(lián)4.7uF電容,Vreg可以產(chǎn)生10mA電來調(diào)節(jié)負(fù)壓偏置Vss=-Vreg*R2/R1,因此芯片的供電電壓(Vdd-Vss),通過改變R1與R2阻值來改變驅(qū)動電源正壓(Vdd-Vgnd)與負(fù)壓(Vss-Vgnd)電壓分布。
負(fù)壓的產(chǎn)生機(jī)理為通過電阻調(diào)節(jié)充電泵的脈寬,從而給儲能電容Css 4.7uF充電到設(shè)定的電壓,Rfly作為限流電阻,Cfly為充電泵所需外置飛跨電容,兩個肖特基二極管作為充放電單向流通功能。
去飽和檢測與保護(hù)
去飽和保護(hù)的目的是保護(hù)碳化硅MOSFET或者IGBT在遭受過流沖擊時及時起到保護(hù)作用。去飽和引腳通過Rdesat與二極管D1監(jiān)測碳化硅MOSFET或IGBT漏源極壓降,一旦電壓超過閾值典型值6.8V時,關(guān)斷時序就會產(chǎn)生,輸出Outsrc 9A拉電能力就會關(guān)斷,同時Outsoft軟關(guān)斷0.9A拉電流引腳開通,實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷的功能。當(dāng)門極電壓下降到2.6V典型值時,Outsnk 9A能力導(dǎo)通時開關(guān)器件快速關(guān)斷。兩段式關(guān)斷可以避免開關(guān)器件因?yàn)檫^大的dv/dt而沖擊損壞,去飽和比較器有消隱時間250ns來避免誤觸發(fā),通過增加Rdesat與Cblank可以增大消隱時間。
過溫保護(hù)
當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度超過+160°C時輸出Outsrc關(guān)閉,Outsnk和Outsoft打開起到過溫保護(hù)作用,當(dāng)結(jié)點(diǎn)溫度下降到+140°C后,Outsrc重新使能。
因此綜合來看,IX4351具有過溫保護(hù)、去飽和監(jiān)測、負(fù)壓發(fā)生器、低傳輸延遲以及大汲取電流等優(yōu)點(diǎn),是碳化硅MOSFET與IGBT驅(qū)動的絕佳方案。