SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及原理-KIA MOS管

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)基本要求

SiC MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的基本要求主要有:

①驅(qū)動(dòng)電流要足夠大，以縮短米勒平臺(tái)的持續(xù)時(shí)間使驅(qū)動(dòng)脈沖前后沿足夠陡峭，尤其在多管并聯(lián)的工況下;

②驅(qū)動(dòng)回路的驅(qū)動(dòng)電阻要小，導(dǎo)通時(shí)能夠快速對(duì)柵極電容充電，關(guān)斷時(shí)柵極電容能夠快速放電，以加快SiC MOSFET的開關(guān)響應(yīng)速度;

③為了保證SiC MOSFET可靠觸發(fā)導(dǎo)通，柵極驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)高于器件的開啟電壓;

④驅(qū)動(dòng)電路采用負(fù)壓關(guān)斷，防止誤導(dǎo)通，增強(qiáng)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(yùn)行，驅(qū)動(dòng)電路和功率電路之間要有隔離;

⑦需具有必要的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。

驅(qū)動(dòng)電路原理

基于ACPL－355JC光耦驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)了SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路，該電路由輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和故障反饋電路等三部分構(gòu)成。

輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路對(duì)脈沖使能信號(hào)等進(jìn)行緩沖、整形處理，來(lái)提高輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)的質(zhì)量;驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，來(lái)驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET的導(dǎo)通與關(guān)斷以及在SiC MOSFET發(fā)生短路過(guò)流、驅(qū)動(dòng)電源欠壓等故障時(shí)起保護(hù)作用;故障反饋電路將驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的故障結(jié)果反饋給控制電路。驅(qū)動(dòng)電路原理如圖2所示。

ACPL－355JC為光耦隔離驅(qū)動(dòng)模塊，具有最大2262V的工作絕緣電壓，能完美實(shí)現(xiàn)功率電路和驅(qū)動(dòng)電路的電氣隔離功能;最高開關(guān)頻率可達(dá)1MHz，最大傳輸延遲時(shí)間只有150ns，能夠滿足SiC MOSFET高頻通斷的要求。

ACPL－355JC有兩個(gè)故障報(bào)告機(jī)制，即正輸出電源電壓(VDD2)的欠壓保護(hù)(UVLO)和過(guò)流保護(hù)(FAULT)，UVLO故障優(yōu)先級(jí)最高，F(xiàn)AULT故障次之。在過(guò)電流故障條件下，通過(guò)SS引腳軟關(guān)斷，關(guān)斷速率可以通過(guò)電阻Ｒ51調(diào)整。最大10A的驅(qū)動(dòng)峰值電流足以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)并聯(lián)的SiC MOSFET。

驅(qū)動(dòng)電阻 ( ＲG) 設(shè)計(jì)

ＲG的大小對(duì) SiC MOSFET 開關(guān)速度、電壓尖峰、開關(guān)過(guò)程的振蕩以及系統(tǒng)效率都有較大的影響，合適的 ＲG對(duì)于系統(tǒng)整體性能具有至關(guān)重要的影響。實(shí)驗(yàn)前需要通過(guò)理論計(jì)算選擇一個(gè)較合適的ＲG值。

首先，SiC MOSFET 和 ＲG可以認(rèn)為是一個(gè)簡(jiǎn)單的 ＲC 電 路，電 壓 由 ACPL － 355JC 提 供。根 據(jù)ACPL－355JC的正、負(fù)輸出電源電壓 ( VDD2和 VSS2)以及最大驅(qū)動(dòng)峰值電流 ( IO，PEAK= 10 A) 來(lái)計(jì)算 ＲG最小值 ( ＲG，MIN) ，即

式中 ＲOUT，MIN為 ACPL－355JC 內(nèi)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(huì)超過(guò) ACPL－355JC 的絕對(duì)最大額定值 10 A。

其 次，根 據(jù)ACPL－355JC 的最大輸出驅(qū)動(dòng)功率 ( PO，MAX) 來(lái)計(jì)算 ＲG。ACPL－355JC 實(shí)際輸出驅(qū)動(dòng)功率 ( PO) 計(jì)算公式為

式中: PO，BIAS為輸出保持功率; PO，SWITCHING為驅(qū)動(dòng)開關(guān)功率; PHS和 PLS分別為驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通和關(guān)斷功率;IDD2為 ACPL － 355JC 的 工 作 電 流; QG 為 SiC MOSFET 的 柵 極 電 荷; f 為 驅(qū) 動(dòng) 開 關(guān) 頻 率;ＲOUTN，MAX和 ＲOUTP，MAX分別為 ACPL－355JC 的最大柵極關(guān)斷和導(dǎo)通輸出電阻。

由式 ( 2) ～ ( 4) 可以求得 PO≈170 mW。因?yàn)閮蓚€(gè)并聯(lián) SiC MOSFET 的輸出驅(qū)動(dòng)功率為2PO≈340 mW，小于 PO，MAX= 600 mW，所以選擇ＲG= 2. 5 Ω，此時(shí) ACPL－355JC 能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)并聯(lián)的 SiC MOSFET。

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