浅谈碳化硅mosfet驱动与硅IGBT的区别 应用与分类

碳化硅mosfet

本文主要讲硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别。我们先来看看碳化硅mosfet概述：在SiC MOSFET的开发与应用方面，与相同功率等级的Si MOSFET相比，SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。

碳化硅mosfet驱动与硅IGBT的区别

硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动两者电气参数特性差别较大，碳化硅MOSFET对于驱动的要求也不同于传统硅器件，主要体现在GS开通电压、GS关断电压、短路保护、信号延迟和抗干扰几个方面，具体如下：

（一）开通关断

对于全控型开关器件来说，配置合适的开通关断电压对于器件的安全可靠具有重要意义：

1）硅IGBT：各厂家硅IGBT对开通关断电压要求一致：

要求开通电压典型值15V；

要求关断电压值范围-5V~-15V，客户根据需求选择合适值，常用值有-8V、-10V、-15V；

优先稳定正电压，保证开通稳定。

2）碳化硅MOSFET：不同厂家碳化硅MOSFET对开关电压要求不尽相同：

要求开通电压较高22V~15V；

要求关断电压较高-5V~-3V；

优先稳负压，保证关断电压稳定；

增加负压钳位电路，保证关断时候负压不超标。

（二）短路保护

开关器件在运行过程中存在短路风险，配置合适的短路保护电路，可以有效减少开关器件在使用过程中因短路而造成的损坏。与硅IGBT相比，碳化硅MOSFET短路耐受时间更短。

1）硅IGBT：

硅IGBT的承受退保和短路的时间一般小于10μs，在设计硅IGBT的短路保护电路时，建议将短路保护的检测延时和相应时间设置在5-8μs较为合适。

2）碳化硅MOSFET

一般碳化硅MOSFET模块短路承受能力小于5μs，要求短路保护在3μs以内起作用。采用二极管或电阻串检测短路，短路保护最短时间限制在1.5μs左右。

（三）碳化硅MOSFET驱动的干扰及延迟

1）高dv/dt及di/dt对系统影响

在高压大电流条件下进行开关动作时，器件开关会产生高dv/dt及di/dt，对驱动器电路产生影响，提高驱动电路的抗干扰能力对系统可靠运行至关重要，可通过以下方式实现：

输入电源加入共模扼流圈及滤波电感，减小驱动器EMI对低压电源的干扰；

次边电源整流部分加入低通滤波器，降低驱动器对高压侧的干扰；

采用共模抗扰能力达到100kV/μs的隔离芯片进行信号传输；

采用优化的隔离变压器设计，原边与次边采用屏蔽层，减小相互间串扰；

米勒钳位，防止同桥臂管子开关影响。

2）低传输延迟

通常情况下，硅IGBT的应用开关频率小于40kHZ，碳化硅MOSFET推荐应用开关频率大于100kHz，应用频率的提高使得碳化硅MOSFET要求驱动器提供更低的信号延迟时间。碳化硅MOSFET驱动信号传输延迟需小于200ns，传输延迟抖动小于20ns，可通过以下方式实现：

采用数字隔离驱动芯片，可以达到信号传输延迟50ns，并且具有比较高的一致性，传输抖动小于5ns；选用低传输延时，上升下降时间短的推挽芯片。

总之，相比于硅IGBT，碳化硅MOSFET在提升系统效率、功率密度和工作温度的同时，对于驱动器也提出了更高要求，为了让碳化硅MOSFET更好的在系统中应用，需要给碳化硅MOSFET匹配合适的驱动。

基本半导体碳化硅MOSFET及驱动产品-碳化硅MOSFET

基本半导体自主研发的碳化硅 MOSFET 具有导通电阻低，开关损耗小的特点，可降低器件损耗，提升系统效率，更适合应用于高频电路。在新能源汽车电机控制器、车载电源、太阳能逆变器、充电桩、UPS、PFC 电源等领域有广泛应用。

1、半桥两并联功率单元

该产品是青铜剑科技为基本半导体碳化硅 MOSFET 量身打造的解决方案，搭配基本半导体TO-247-3 封装碳化硅 MOSFET。

2、通用型驱动核

1CD0214T17-XXYY 是青铜剑科技自主研发的一系列针对于单管碳化硅MOSFET 的单通道驱动核，可以驱动目前市面上大部分 1700V 以内的单管碳化硅 MOSFET， 该驱动核设计紧凑，通用性强。

3、电源模块

Q15P2XXYYD是青铜剑科技自主研发的单通道系列电源模块，支持多种栅极输出电压，可灵活应用于碳化硅MOSFET驱动。该电源模块尺寸为 19.5 X 9.8 X 12.5 mm，设计紧凑，通用性强。

碳化硅mosfet的应用与分类

（一）应用

碳化硅mosfet模块在光伏、风电、电动汽车及轨道交通等中高功率电力系统应用上具有巨大的优势。碳化硅器件的高压高频和高效率的优势，可以突破现有电动汽车电机设计上因器件性能而受到的限制，这是目前国内外电动汽车电机领域研发的重点。如电装和丰田合作开发的混合电动汽车（HEV）、纯电动汽车（EV）内功率控制单元（PCU），使用碳化硅MOSFET模块，体积比减小到1/5。

三菱开发的EV马达驱动系统，使用SiC MOSFET模块，功率驱动模块集成到了电机内，实现了一体化和小型化目标。预计在2018年-2020年碳化硅MOSFET模块将广泛应用在国内外的电动汽车上。

（二）分类

SiC-MOSFET 是碳化硅电力电子器件研究中最受关注的器件。在Si材料已经接近理论性能极限的今天，SiC功率器件因其高耐压、低损耗、高效率等特性，一直被视为“理想器件”而备受期待。

然而，相对于以往的Si材质器件，SiC功率器件在性能与成本间的平衡以及其对高工艺的需求，将成为SiC功率器件能否真正普及的关键。

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