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三相SiC 栅极驱动器 碳化硅

日期:2023-06-17 人气:724

‌CXT-PLA3SA12450AA 三相栅极驱动器的设计,源自已经得到充分测试验证的CMT-TIT8243 [1,2] 和CMT-TIT0697[3] 单相栅极驱动器板,分别设计用于62mm 1200V/300A 和快速开关XM3 1200V/450A SiC MOSFET 功率模块( 请参见图4)。三相栅极驱动器经过优化,可以直接安装在CXTPLA3SA12450功率模块的顶部,这归功于更为紧凑的变压器设计或略微调整的爬电距离设定。CXT-PLA3SA12450AA 栅极驱动器还包括直流总线电压监视功能。对于CMT-TIT8243 和CMT-TIT0697,栅极驱动器板的最高工作环境温度为125℃。板上所有的元器件均经过精心选择和确认,以保证在此温度下的运行。这些设计还依靠CISSOID的高温栅极驱动器芯片组[4、5] 和针对低寄生电容(典型值为10pF)进行了优化的电源变压器模块,以最大程度地降低高dv/dt 和高工作温度下的共模反射电流。

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图4:用于快速切换XM3 1200V/450A SiC MOSFET 功率模块的CMT-TIT0697 栅极驱动器


CXT-PLA3SA12450AA 栅极驱动器仍有足够的余量来支持功率模块的可扩展性。该模块的总栅极电荷为910nC。在开关频率为25KHz 时,平均栅极电流等于22.75mA。这远低于板载隔离式DC-DC 转换器的95mA 最大电流能力。因此,无需修改栅极驱动器板,就可以直接驱动未来栅极电流容量和栅极电荷更高、驱动功率更大的功率模块。使用并列的多栅极电阻架构,以适应实际最大dv/dt 可在10~20 KV/μs 的范围内(负载相关)。栅极驱动器的本身的设计,足够抵抗高达50KV/μs 的dv/dt(感性负载),从而在dv/dt 鲁棒性方面提供了足够的余量。

栅极驱动器保护功能

栅极驱动器保护功能对于确保功率模块的安全运行至关重要。在驱动快速开关的SiC MOSFET 时尤其如此。CXTPLA3SA12450栅极驱动器提供以下保护功能:


  • 欠压锁定保护(UVLO):CXT-PLA3SA12450AA 栅极驱动器监视初级和次级电压,并在低于编程要求电压时自动启动保护、报告故障。
  • 防重叠保护:避免同时开启高侧和低侧功率电路,以防止半桥短路。
  • 防止次级短路:隔离的DC-DC 转换器可以逐周期地进行电流限制,从而防止栅极驱动器发生任何短路(例如,栅极- 源极短路)。
  • 毛刺滤波器:抑制输入PWM 信号上的毛刺,这些毛刺经常是由于共模电流引起的。
  • 有源米勒钳位(AMC):关断后实现负栅极电阻的旁路,以保护功率MOSFET 免受寄生反射的影响。
  • 去饱和检测:在打开时,在消隐时间之后检查功率MOSFET漏源电压是否低于阈值。
  • 软关断:在出现故障的情况下,将缓慢关闭功率晶体管,以最大程度地降低由于高di/dt 而引起的过冲。


结论

本文提出了一种新型的三相1200V/450A SiC MOSFET 智能功率模块。这个新的、可扩展的平台系列,优化了功率模块的电气、机械和散热设计及其控制驱动,将有助于所有希望采用SiC 功率器件以提高驱动效率、减低电机驱动尺寸和重量的电动汽车OEM 和电机制造商,极大地帮助其缩短产品的上市时间。

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