SiC MOSFET驱动电路设计基础及原理-KIA MOS管

驱动电路设计基本要求

SiC MOSFET对驱动电路的基本要求主要有:

①驱动电流要足够大，以缩短米勒平台的持续时间使驱动脉冲前后沿足够陡峭，尤其在多管并联的工况下;

②驱动回路的驱动电阻要小，导通时能够快速对栅极电容充电，关断时栅极电容能够快速放电，以加快SiC MOSFET的开关响应速度;

③为了保证SiC MOSFET可靠触发导通，栅极驱动电压应高于器件的开启电压;

④驱动电路采用负压关断，防止误导通，增强其抗干扰能力;

⑤需具有小的寄生电感，减小系统的振荡;

⑥为了保证控制电路的正常运行，驱动电路和功率电路之间要有隔离;

⑦需具有必要的驱动保护电路。

驱动电路原理

基于ACPL－355JC光耦驱动模块设计了SiC MOSFET驱动和保护电路，该电路由输入驱动信号调理电路、驱动保护电路和故障反馈电路等三部分构成。

输入驱动信号调理电路对脉冲使能信号等进行缓冲、整形处理，来提高输入驱动信号的质量;驱动保护电路对输入驱动信号进行放大，来驱动SiC MOSFET的导通与关断以及在SiC MOSFET发生短路过流、驱动电源欠压等故障时起保护作用;故障反馈电路将驱动保护电路的故障结果反馈给控制电路。驱动电路原理如图2所示。

ACPL－355JC为光耦隔离驱动模块，具有最大2262V的工作绝缘电压，能完美实现功率电路和驱动电路的电气隔离功能;最高开关频率可达1MHz，最大传输延迟时间只有150ns，能够满足SiC MOSFET高频通断的要求。

ACPL－355JC有两个故障报告机制，即正输出电源电压(VDD2)的欠压保护(UVLO)和过流保护(FAULT)，UVLO故障优先级最高，FAULT故障次之。在过电流故障条件下，通过SS引脚软关断，关断速率可以通过电阻Ｒ51调整。最大10A的驱动峰值电流足以同时驱动两个并联的SiC MOSFET。

驱动电阻 ( ＲG) 设计

ＲG的大小对 SiC MOSFET 开关速度、电压尖峰、开关过程的振荡以及系统效率都有较大的影响，合适的 ＲG对于系统整体性能具有至关重要的影响。实验前需要通过理论计算选择一个较合适的ＲG值。

首先，SiC MOSFET 和 ＲG可以认为是一个简单的 ＲC 电 路，电 压 由 ACPL － 355JC 提 供。根 据ACPL－355JC的正、负输出电源电压 ( VDD2和 VSS2)以及最大驱动峰值电流 ( IO，PEAK= 10 A) 来计算 ＲG最小值 ( ＲG，MIN) ，即

式中 ＲOUT，MIN为 ACPL－355JC 内部的最小栅极输出电阻。根据式 ( 1) 可以求得 ＲG，MIN= 1. 6 Ω。ＲG和 ＲOUT，MIN将确保输出电流不会超过 ACPL－355JC 的绝对最大额定值 10 A。

其 次，根 据ACPL－355JC 的最大输出驱动功率 ( PO，MAX) 来计算 ＲG。ACPL－355JC 实际输出驱动功率 ( PO) 计算公式为

式中: PO，BIAS为输出保持功率; PO，SWITCHING为驱动开关功率; PHS和 PLS分别为驱动导通和关断功率;IDD2为 ACPL － 355JC 的 工 作 电 流; QG 为 SiC MOSFET 的 栅 极 电 荷; f 为 驱 动 开 关 频 率;ＲOUTN，MAX和 ＲOUTP，MAX分别为 ACPL－355JC 的最大栅极关断和导通输出电阻。

由式 ( 2) ～ ( 4) 可以求得 PO≈170 mW。因为两个并联 SiC MOSFET 的输出驱动功率为2PO≈340 mW，小于 PO，MAX= 600 mW，所以选择ＲG= 2. 5 Ω，此时 ACPL－355JC 能够驱动两个并联的 SiC MOSFET。

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