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  • SiC MOSFET驅動電路設計基礎與原理介紹
    • 發(fā)布時間:2023-06-25 21:17:25
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    SiC MOSFET驅動電路設計基礎與原理介紹
    驅動電路設計基本要求
    SiC MOSFET對驅動電路的基本要求主要有:
    ①驅動電流要足夠大,以縮短米勒平臺的持續(xù)時間使驅動脈沖前后沿足夠陡峭,尤其在多管并聯(lián)的工況下;
    ②驅動回路的驅動電阻要小,導通時能夠快速對柵極電容充電,關斷時柵極電容能夠快速放電,以加快SiC MOSFET的開關響應速度;
    ③為了保證SiC MOSFET可靠觸發(fā)導通,柵極驅動電壓應高于器件的開啟電壓;
    ④驅動電路采用負壓關斷,防止誤導通,增強其抗干擾能力;
    ⑤需具有小的寄生電感,減小系統(tǒng)的振蕩;
    ⑥為了保證控制電路的正常運行,驅動電路和功率電路之間要有隔離;
    ⑦需具有必要的驅動保護電路。
    驅動電路原理
    基于ACPL-355JC光耦驅動模塊設計了SiC MOSFET驅動和保護電路,該電路由輸入驅動信號調理電路、驅動保護電路和故障反饋電路等三部分構成。
    輸入驅動信號調理電路對脈沖使能信號等進行緩沖、整形處理,來提高輸入驅動信號的質量;驅動保護電路對輸入驅動信號進行放大,來驅動SiC MOSFET的導通與關斷以及在SiC MOSFET發(fā)生短路過流、驅動電源欠壓等故障時起保護作用;故障反饋電路將驅動保護電路的故障結果反饋給控制電路。驅動電路原理如圖2所示。
    ACPL-355JC為光耦隔離驅動模塊,具有最大2262V的工作絕緣電壓,能完美實現(xiàn)功率電路和驅動電路的電氣隔離功能;最高開關頻率可達1MHz,最大傳輸延遲時間只有150ns,能夠滿足SiC MOSFET高頻通斷的要求。
    ACPL-355JC有兩個故障報告機制,即正輸出電源電壓(VDD2)的欠壓保護(UVLO)和過流保護(FAULT),UVLO故障優(yōu)先級最高,F(xiàn)AULT故障次之。在過電流故障條件下,通過SS引腳軟關斷,關斷速率可以通過電阻R51調整。最大10A的驅動峰值電流足以同時驅動兩個并聯(lián)的SiC MOSFET。
    SiC MOSFET 驅動電路
    驅動電阻 ( RG) 設計
    RG的大小對 SiC MOSFET 開關速度、電壓尖峰、開關過程的振蕩以及系統(tǒng)效率都有較大的影響,合適的 RG對于系統(tǒng)整體性能具有至關重要的影響。實驗前需要通過理論計算選擇一個較合適的RG值。
    首先,SiC MOSFET 和 RG可以認為是一個簡單的 RC 電 路,電 壓 由 ACPL - 355JC 提 供。根 據(jù)ACPL-355JC的正、負輸出電源電壓 ( VDD2和 VSS2)以及最大驅動峰值電流 ( IO,PEAK= 10 A) 來計算 RG最小值 ( RG,MIN) ,即
    SiC MOSFET 驅動電路
    式中 ROUT,MIN為 ACPL-355JC 內部的最小柵極輸出電阻。根據(jù)式 ( 1) 可以求得 RG,MIN= 1. 6 Ω。RG和 ROUT,MIN將確保輸出電流不會超過 ACPL-355JC 的絕對最大額定值 10 A。
    其 次,根 據(jù)ACPL-355JC 的最大輸出驅動功率 ( PO,MAX) 來計算 RG。ACPL-355JC 實際輸出驅動功率 ( PO) 計算公式為
    SiC MOSFET 驅動電路
    式中: PO,BIAS為輸出保持功率; PO,SWITCHING為驅動開關功率; PHS和 PLS分別為驅動導通和關斷功率;IDD2為 ACPL - 355JC 的 工 作 電 流; QG 為 SiC MOSFET 的 柵 極 電 荷; f 為 驅 動 開 關 頻 率;ROUTN,MAX和 ROUTP,MAX分別為 ACPL-355JC 的最大柵極關斷和導通輸出電阻。
    由式 ( 2) ~ ( 4) 可以求得 PO≈170 mW。因為兩個并聯(lián) SiC MOSFET 的輸出驅動功率為2PO≈340 mW,小于 PO,MAX= 600 mW,所以選擇RG= 2. 5 Ω,此時 ACPL-355JC 能夠驅動兩個并聯(lián)的 SiC MOSFET。
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