SiC MOSFET替代Si MOSFET，自舉電路是否適用？

自舉式懸浮驅(qū)動(dòng)電路可以極大的簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)，只需要一路電源就可以驅(qū)動(dòng)上下橋臂兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)，可以節(jié)省Si MOSFET功率器件方案的成本。隨著新能源受到全球政府的推動(dòng)與支持，與新能源相關(guān)的半導(dǎo)體芯片需求激増，導(dǎo)致產(chǎn)能緊缺。綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要一環(huán)，碳化硅是應(yīng)用于綠色低碳領(lǐng)域的共用性技術(shù)，SiC MOSFET替代Si MOSEFET成為了許多廠商的新選擇。不過(guò)，SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)與Si MOSFET到底有什么區(qū)別，替代時(shí)電路設(shè)計(jì)如何調(diào)整，是工程師非常關(guān)心的。我們《SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓？》一文中已經(jīng)分享了負(fù)壓自舉的小技巧。本文SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)常規(guī)自舉電路的注意事項(xiàng)。

圖1：

自舉電路工作原理：

如圖1，當(dāng)下管導(dǎo)通時(shí)候，電源通過(guò)Rboot、Dboot對(duì)自舉電容Cboot進(jìn)行充電，當(dāng)下管關(guān)斷后，Cboot提供電源對(duì)上管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

Vgsh為上管驅(qū)動(dòng)波形、Vgsl為下管驅(qū)動(dòng)波形、Vgshin為上管輸入側(cè)驅(qū)動(dòng)波形。該結(jié)果為測(cè)試板上電狀態(tài)下發(fā)送一個(gè)雙脈沖驅(qū)動(dòng)下管，同時(shí)上管為互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)波形，圖中可以看出在上管輸入驅(qū)動(dòng)波形為“開(kāi)通”狀態(tài)下，上管GS并沒(méi)有及時(shí)開(kāi)通而是經(jīng)過(guò)40us左右延遲后才開(kāi)始跟隨輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)狀態(tài)，這是因?yàn)樵诔跏紶顟B(tài)下上管驅(qū)動(dòng)芯片沒(méi)有得電，在下管導(dǎo)通后上管驅(qū)動(dòng)芯片電源才開(kāi)始得電。從驅(qū)動(dòng)芯片得電后到芯片可以正常工作大概有幾十us的延遲，所以才導(dǎo)致圖上現(xiàn)象的產(chǎn)生，這也是自舉電路存在問(wèn)題，該問(wèn)題可以通過(guò)增加D1、R1通過(guò)母線電壓對(duì)Cboot電容進(jìn)行預(yù)充電解決。

通過(guò)觀察電路也可以看出驅(qū)動(dòng)電源為VCC2，下管驅(qū)動(dòng)時(shí)候可以VCC2滿幅輸出，而上管由于Dboot的存在Cboot的電壓始終會(huì)比VCC缺少一個(gè)Dboot壓降，并且對(duì)下管開(kāi)關(guān)頻率和占空比也有相關(guān)要求，下管一定要達(dá)到固定時(shí)間上管的Cboot才能每個(gè)周期充滿電正常工作。

上圖可以看出由于上管達(dá)不到滿幅VCC所以導(dǎo)致關(guān)斷負(fù)壓不夠負(fù)，開(kāi)通正壓不夠正，提高VCC電壓會(huì)導(dǎo)致下管負(fù)壓太大又會(huì)有擊穿SiC驅(qū)動(dòng)芯片的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用自舉電路需要權(quán)衡這方面的問(wèn)題。

綜上，SIC MOSFET驅(qū)動(dòng)也可以用自舉電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)半橋，從而減少一路電源，以節(jié)省成本。但在實(shí)現(xiàn)自舉電路的時(shí)候也會(huì)有一些問(wèn)題需要注意，具體總結(jié)如下

1、由于上管在導(dǎo)通時(shí)需要通過(guò)自舉電容放電，為了保證上端的正常開(kāi)關(guān)，需要調(diào)整PWM，為自舉電容預(yù)留充電時(shí)間

2、關(guān)于Dboot的選擇，由于Cboot上為瞬間充電，需要考慮Dboot的載流能力，當(dāng)下管導(dǎo)通時(shí)Dboot端會(huì)承受母線級(jí)別的大電壓，所以需要有足夠的耐壓

3、自舉電容Cboot需要選擇寄生電感盡可能小的電容，防止充電時(shí)產(chǎn)生LC震蕩

4、由于上管驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)有一定降幅且對(duì)整個(gè)自舉電路雜散參數(shù)有較高要求，自舉電路建議盡在中低功率下使用

派恩杰半導(dǎo)體的SiC MOSFET性能與可靠性已經(jīng)和國(guó)際第一梯隊(duì)的碳化硅芯片廠比肩。對(duì)于第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用行業(yè)來(lái)說(shuō)，碳化硅平面型的MOSFET技術(shù)仍是一個(gè)主流技術(shù)。派恩杰的第三代平面柵碳化硅MOSFET技術(shù)，具有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的HDFM指標(biāo)和較低的開(kāi)關(guān)損耗，以及在高溫下運(yùn)行下有較高的效率，排放少。2021年派恩杰半導(dǎo)體已經(jīng)有了一個(gè)全球Qgd x Rds(on)（開(kāi)關(guān)品質(zhì)因數(shù)）最小的MOSFET產(chǎn)品。而且派恩杰半導(dǎo)體的SiC MOSFET產(chǎn)品在新能源汽車(chē)OBC應(yīng)用驗(yàn)證取得了重大突破，獲得了新能源汽車(chē)龍頭企業(yè)數(shù)千萬(wàn)訂單。對(duì)于新能源汽車(chē)、IDC、光伏、風(fēng)機(jī)、光充儲(chǔ)等領(lǐng)域，派恩杰半導(dǎo)體均有完善的驅(qū)動(dòng)方案和典型應(yīng)用的demo案例，供客戶參考，幫助客戶實(shí)現(xiàn)快速研發(fā)導(dǎo)入。如：3000w圖騰柱PFC方案、65w快輸入高壓方案等。