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門極驅動器為SiC-MOSFET模塊提供全面保護

未知 2019-10-19 09:59

  1、SiC-MOSFET模塊

  如今,對高效的功率能量轉換的需求催生了全SiC-MOSFET模塊,它由并聯的SiC-MOSFET和SiC二極管芯片組成。在參考文獻[1, 2, 3, 4]中,專門介紹了Mitsubishi Electric的1200V/800A全SiC-MOSFET模塊FMF800DX-24A,該模塊適合幾百kW級別的大功率應用。有了這款功率模塊,設計者將能夠實現100 kHz的高開關頻率應用,同時實現高效率或高功率密度。

  相較于Si-IGBT,當今的SiC-MOSFET只能提供數微秒的短路耐受能力。因此,FMF800DX-24A提供了檢測輸出功能,該功能可提供實際漏極電流的信息并可用于可調整的過流或短路檢測。借助此功能,通過大幅降低開關功耗(如下所示),可安全關斷較大的過流或短路。

  FMF800DX-24A的MOSFET部分包含八個并聯的100A芯片,它們能夠耐受tSC = 2 s的最大短路時間(參見數據手冊)。對于門極驅動器設計來說,在如此有限的時間內安全關斷短路可能比較困難,除非在正常開關操作期間就保持極高的短路檢測敏感度,但這樣很容易造成短路保護誤觸發。正是在這種需求的驅動下,一種先進的過流及短路檢測方法應運而生。

  FMF800DX-24A提供了一個獨立的源極區域,其作用就像主源極端子的電流鏡像,并且可提供檢測電流iSense,該電流與漏極電流iD成正比。圖1所示為等效電路。檢測輸出功能的特征可從[4]獲取。該檢測電流可通過分流電阻RS轉化為電壓信號,該信號再重新轉化為實際電流值的信息。這可以用來實現過流或短路檢測。

  FMF800DX-24A的門極可以使用+15V/-10V控制,這是控制IGBT的常用電壓水平。

  【圖1:檢測輸出】

  2、FMF800DX-24A的門極驅動器

  圖2(b)中所示的驅動器的電路中除了提供常見的柵源極電壓、有源鉗位電路和dv/dt反饋(參見[5, 6])外,還可以提供一個電路用于評估SiC-模塊的Sense和S端子之間的檢測輸出(參見圖1)。因此,驅動器能夠測量出漏極電流的實際值,從而關斷過流。過流限值可通過選取適當的檢測電阻RS值來設定。這樣功率模塊與驅動器就實現了有效結合,過流和過壓等風險幾乎無法對其造成損壞。

  【圖2:安裝了驅動器的SiC模塊】

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