【導(dǎo)讀】功率器件在工業(yè)和汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著決定性的作用。為了滿足這些應(yīng)用的特定要求并縮短上市時(shí)間,ROHM使用專有的微制造工藝來開發(fā)無核片上變壓器,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的隔離,這對(duì)SiC技術(shù)尤其有用。碳化硅已被引入工業(yè)和汽車市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用中,包括太陽能逆變器,所有類型的高壓電源和汽車車載電池充電器。
功率器件在工業(yè)和汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著決定性的作用。為了滿足這些應(yīng)用的特定要求并縮短上市時(shí)間,ROHM使用專有的微制造工藝來開發(fā)無核片上變壓器,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的隔離,這對(duì)SiC技術(shù)尤其有用。碳化硅已被引入工業(yè)和汽車市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用中,包括太陽能逆變器,所有類型的高壓電源和汽車車載電池充電器。
圖1:無芯變壓器技術(shù)[來源:ROHM Semiconductor]
“我們所有的柵極驅(qū)動(dòng)器均基于無芯變壓器技術(shù),” ROHM Semiconductor Americas應(yīng)用工程師Mitch Van Ochten說。他繼續(xù)說:“如圖1的上圖所示,它們的制造方式是內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的平板。左側(cè)是低壓部分,硅與您的DSP或微控制器相連。低壓部分的工作電壓為5伏,但是如果您使用的是3.3V的微型電源,則它將接受3.3伏信號(hào)。然后在中心是擁有無鐵芯變壓器技術(shù)的我們的島嶼。這些變壓器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它們的銅線圈初級(jí)和次級(jí)約十匝,絕緣子二氧化硅與石英非常相似。
碳化硅
電子電源電路的實(shí)現(xiàn)使系統(tǒng)更小,更輕,同時(shí)也為提高能源效率提供了基礎(chǔ)。
過去,碳化硅功率開關(guān)器件提出了許多挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)是傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中可以接受的。在碳化硅的早期,價(jià)格很高,而且收益仍然有限。直到最近,盡管成本仍然很高,但許多公司仍專注于太陽能功率調(diào)節(jié)以及真正受益于碳化硅的其他一些功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。隨著新技術(shù)的出現(xiàn),性能和成本不斷提高?,F(xiàn)在價(jià)格已經(jīng)急劇下降,電動(dòng)汽車市場(chǎng)正朝著碳化硅果斷地邁進(jìn),使該技術(shù)成為大批量主流應(yīng)用。
“顯然,這就是我們進(jìn)行大量研發(fā)工作的地方,并創(chuàng)造了許多新產(chǎn)品。我們的第四代SiC MOSFET將會(huì)真正滿足汽車行業(yè)的需求,并通過專門針對(duì)汽車應(yīng)用調(diào)整和增強(qiáng)的最新溝槽技術(shù),超越某些碳化硅市場(chǎng)?!泵乐薜貐^(qū)總裁David Uze說道。
SiC MOSFET的正向傳導(dǎo)狀態(tài)中不存在少數(shù)電荷載流子,而SiC體二極管的超低反向恢復(fù)電荷(Qrr)可減少開關(guān)損耗并提高系統(tǒng)的工作頻率。這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致無源元件的減少,并因此導(dǎo)致系統(tǒng)的尺寸和重量的減少。SiC的導(dǎo)熱系數(shù)是硅的三倍,因此系統(tǒng)具有較低的冷卻要求。
第四代碳化硅MOSFET基于雙溝槽技術(shù)。與新型芯片的當(dāng)前MOSFET相比,它的導(dǎo)通電阻(Rds(ON))降低了約40%,并且由于采用了新型MOSFET器件的電容設(shè)計(jì),開關(guān)損耗顯著降低了25%到40%以上。這些還包括降低了來自人體懷疑反向恢復(fù)過程的反向恢復(fù)電流,這也意味著在開關(guān)期間寄生導(dǎo)通的最小風(fēng)險(xiǎn)。
電源電路設(shè)計(jì)人員還將發(fā)現(xiàn)在半橋配置下的開關(guān)過程中反向恢復(fù)電流大大降低,這歸因于CGD/ C的提高,在高dv / dt速度下沒有MOSFET的寄生導(dǎo)通。第四代芯片設(shè)計(jì)中內(nèi)置了GS電容比。
門極驅(qū)動(dòng)器
隨著串式逆變器取代中央逆變器,電力電子領(lǐng)域(尤其是功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域)的效率不斷提高。過渡使電動(dòng)汽車可以更快地充電,并支持相關(guān)的電動(dòng)汽車系統(tǒng),例如牽引逆變器和運(yùn)動(dòng)控制。為了使電源能夠提供更高的功率水平,同時(shí)占用更少的電路板空間,必須增加集成度。共模瞬變抗擾度(CMTI)是一個(gè)重要參數(shù),也是決定柵極驅(qū)動(dòng)器魯棒性的關(guān)鍵因素。較高的CMTI值意味著隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器可用于具有高開關(guān)頻率的應(yīng)用中。
BM6112FV-C是ROHM Semiconductor的最新解決方案。它是一款隔離驅(qū)動(dòng)器,具有3750 VRMS的隔離電壓,150 ns的I / O延遲時(shí)間,并集成了各種功能,包括故障信號(hào)輸出,就緒信號(hào)輸出,欠壓鎖定(UVLO),短路保護(hù)(SCP),主動(dòng)的米勒鉗制,輸出狀態(tài)反饋(OSFB)和溫度監(jiān)控器功能。
“這是我們電流最大的柵極驅(qū)動(dòng)器,我們相信是業(yè)界電流最大的驅(qū)動(dòng)器之一,在許多情況下,這種高電流消除了在柵極驅(qū)動(dòng)器和功率器件之間放置緩沖級(jí)的需要,并且還包括一個(gè)有源米勒鉗位,有助于防止橋的另一半錯(cuò)誤開啟。它的其他功能之一是溫度監(jiān)控器。因此,此方法的工作方式是電源模塊本身通常將包含一個(gè)NTC熱敏電阻,或者您可以使用串聯(lián)二極管串,并監(jiān)視電源設(shè)備的溫度,然后將該信號(hào)帶到次級(jí)端,在此我們對(duì)其進(jìn)行更改進(jìn)入PWM,然后我們通過隔離變壓器耦合回初級(jí)。然后,在您的軟件中,您的DSP或微控制器會(huì)測(cè)量PWM并解釋該溫度以了解底板溫度,以便您采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砑涌炖鋮s速度或限制占空比,無論您需要采取什么措施來保持受控狀態(tài)。我們還包括一種稱為輸出狀態(tài)反饋的安全功能?!?Mitch Van Ochten說。
該柵極驅(qū)動(dòng)器具有兩個(gè)隔離類別:2500 VRMS和3750 VRMS。每個(gè)部件在該隔離電壓下測(cè)試60秒?!拔覀冋J(rèn)為這種無芯變壓器技術(shù)優(yōu)于其他兩種常見方法。我們保證所有部件在一次側(cè)和二次側(cè)之間都能承受每微秒100 kV的共模電壓。這大約是某些光隔離驅(qū)動(dòng)器提供的兩倍。” Mitch說。
電子系統(tǒng)繼續(xù)為汽車應(yīng)用中引入的新功能做出貢獻(xiàn)。對(duì)于必須滿足嚴(yán)格的CMTI要求的所有解決方案,無芯變壓器技術(shù)都非常有趣。無芯變壓器技術(shù)非常強(qiáng)大,可以輕松地與創(chuàng)新的數(shù)字控制功能結(jié)合使用。
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