使用 Broadcom 的隔離式柵極驅(qū)動器提高寬帶隙器件效率-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯使用Broadcom的隔離式柵極驅(qū)動器提高寬帶隙器件效率-基礎(chǔ)電子由于當(dāng)今世界對電能的依賴，電力轉(zhuǎn)換正在許多應(yīng)用中實現(xiàn)，如可再生能源、電動汽車充電和自動化工廠，這些應(yīng)用中的高效功率轉(zhuǎn)換在很大程度上取決于功率半導(dǎo)體器件的類型用過的。用于功率轉(zhuǎn)換的寬帶隙器件的引入使高功率器件的效率更高，尺寸更小。碳化硅MOSFET和氮化鎵FET等器件非常適合高功率應(yīng)用，因為它們具有高阻斷電壓、高電流能力以及更少的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗。SiC和GaN提供高開關(guān)頻率功能，可減小電感器、電容器和散熱器的尺寸，寬帶隙器件的所有這些優(yōu)勢對充分發(fā)揮這些器件的潛力提出了新的柵極驅(qū)動器設(shè)計挑戰(zhàn)。此類功率器件的效率還主要取決于柵極驅(qū)動器性能。憑借其業(yè)界首款10-A光耦合器柵極驅(qū)動器系列（圖1），Broadcom旨在滿足高效驅(qū)動功率器件的所有預(yù)期要求。Broadcom的現(xiàn)場應(yīng)用工程師SaeedSafari在electronica202的電力電子論壇上談到SiC和GaN器件如何優(yōu)于傳統(tǒng)硅時說：“要充分利用寬帶隙器件的優(yōu)勢，必須有出色的柵極驅(qū)動器”基于技術(shù)。使用Broadcom的隔離式柵極驅(qū)動器限度地提高寬帶隙器件效率

圖1：Broadcom的10-A隔離式柵極驅(qū)動器光電耦合器與驅(qū)動寬帶隙MOSFET相關(guān)的挑戰(zhàn)短路是電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)換器和逆變器等功率設(shè)備中常見的故障之一。IGBT和MOSFET承受短路的能力有限，這是由于管芯中的高散熱和低熱容量造成的。據(jù)Safari稱，這個問題對于SiCMOSFET更為嚴(yán)重，因為高頻開關(guān)導(dǎo)致電流在小芯片尺寸中迅速上升，與IGBT相比短路耐受時間更短。因此，縮短測量過電流的時間并選擇能夠快速響應(yīng)此類不良情況的合適電路非常重要。Safari提到的另一個挑戰(zhàn)是處理由寬帶隙設(shè)備中的高功率電平和快速切換引起的高梯度dV/dt和高梯度di/dt瞬變。由于快速開關(guān)，每個開關(guān)實例都會出現(xiàn)大的dV/dt和di/dt。理想情況下，瞬變應(yīng)迅速消失而不會對系統(tǒng)造成任何損害。然而，實際系統(tǒng)包含寄生電感器和電容器值，這些值會導(dǎo)致瞬態(tài)持續(xù)更長時間并證明對系統(tǒng)具有破壞性。與SiIGBT相比，SiCMOSFET還具有更高的溫度系數(shù)，并且需要更高的柵極電壓擺幅。今天可用的每一代SiC都需要不同的柵極電壓，范圍從15V到20V用于開啟，從–3V到–5V用于關(guān)閉。除了前面的幾點，Safari表示“SiCMOSFET的導(dǎo)通電阻在15V時不會降低，并且需要負(fù)電壓軌以獲得更好的關(guān)斷性能和可靠性?！盉roadcom的隔離式柵極驅(qū)動器可有效驅(qū)動SiC和GaN器件Broadcom的第二代基于光耦合器的柵極驅(qū)動器聲稱可提供更高的dV/dt隔離勢壘、在高溫條件下工作的能力以及高效的柵極驅(qū)動解決方案?！癇roadcom提供完整的產(chǎn)品系列，從更簡單的設(shè)備到高度集成的設(shè)備，可用于簡化設(shè)計并提供驅(qū)動SiC功率MOSFET時所需的關(guān)鍵功能，”Safari說，并補充說它還確?！凹訌婋娊^緣在高壓和功率半導(dǎo)體器件的控制電路之間?！睘榱颂幚鞸iCMOSFET中的短路故障，Broadcom的隔離式柵極驅(qū)動器集成了具有快速響應(yīng)時間的短路保護功能，并允許用戶控制響應(yīng)時間以適合其半導(dǎo)體應(yīng)用。此外，這些驅(qū)動器在故障情況下提供可調(diào)節(jié)的軟關(guān)斷和有源米勒鉗位功能以防止擊穿。談到EV領(lǐng)域的應(yīng)用，例如EV充電和EV動力傳動系統(tǒng)，Safari表示，“我們[Broadcom]是家推出能夠承受高達125C溫度的塑料光耦合器用于汽車應(yīng)用的供應(yīng)商?！盉roadcom的汽車產(chǎn)品符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，汽車柵極驅(qū)動器目前在公司的路線圖中。Safari展示了由Broadcom提供的ACPL-355JC10-A柵極驅(qū)動器光電耦合器，它是一款靈活且用戶友好的驅(qū)動器，可加快客戶解決方案的上市時間。例如，兩個SiC模塊——一個來自英飛凌，另一個來自Wolfspeed——由基于ACPL-355JC的驅(qū)動器驅(qū)動（見圖2）。從獲得的實驗結(jié)果來看，兩個模塊均由各自數(shù)據(jù)表中給出的開啟和關(guān)閉能量驅(qū)動。這證實了Broadcom的驅(qū)動程序有助于從這些SiC模塊中獲得性能。使用Broadcom的隔離式柵極驅(qū)動器限度地提高寬帶隙器件效率

圖2：連接Broadcom的ACPL-355JC以驅(qū)動Infineon和Wolfspeed的SiC模塊在演示結(jié)束時，Safari提到Broadcom提供半橋評估板，其中Broadcom的ACFL-3161驅(qū)動STMicroelectronics的SiCMOSFET。ACFL-3161是