如何更好的使用EiceDRIVER IC驅(qū)動SiC MOSFET

碳化硅（SiC MOSFET）和氮化鎵(GaN)因其高頻率、低損耗的特性得到廣泛的應(yīng)用，但對驅(qū)動系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。英飛凌最新一代增強型EiceDRIVER? 1ED34X1系列可提供高的輸出電流、米勒鉗位保護、精準的短路保護、可調(diào)的軟關(guān)斷等功能，為新一代的功率器件保駕護航。

EiceDRIVER?增強型1ED34X1主要特色：

●  單通道隔離型柵極驅(qū)動芯片

●  輸出電流典型值+3/6/9A

●  功能絕緣電壓高達2300V

●  帶米勒鉗位、Desat短路保護、軟關(guān)斷

●  CMTI > 200kV/μs

●  輸出側(cè)電壓供電區(qū)間（VCC2-VEE2）最大可到40V

●  隔離能力和相關(guān)認證：UL 1577 & VDE 0884-11

●  封裝：DSO16 300 mil寬體封裝8mm爬電距離適用于IGBTs,MOSFETs,CoolSiC? SiC MOSFET

（更多關(guān)于增強型1ED34X1系列的特點及參數(shù)請參考閱讀：IGBT驅(qū)動芯片進入可編程時代，英飛凌新品X3有何玄機？）

北京晶川電子基于1ED3491設(shè)計了一款適配于SiC MOSFET驅(qū)動板：2SID-1ED3X-62MM-1206D0

主要特色：

●  2路輸出，適用于62mm封裝半橋器件

●  高度集成的隔離電源

●  短路保護

●  欠壓保護

●  米勒鉗位

●  兼容5V/15V PWM信號

●  高級驅(qū)動IC：1ED3491MU12M

●  適配于：

FF4MR12KM1H,1200V,4mΩ 62mm封裝模塊

FF2MR12KM1H,1200V,2mΩ 62mm封裝模塊

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1ED34X1高輸出電流能力有利于減少功率器件的開關(guān)損耗，并節(jié)約推挽電路成本

EiceDRIVER? 1ED3491具有高達9A的輸出電流典型值，在驅(qū)動大功率模塊的時候可省去推挽電路實現(xiàn)節(jié)約成本、減少傳播延時、提高開關(guān)速度，減少開關(guān)損耗。

我們通過雙脈沖開關(guān)實驗，對比了兩種驅(qū)動方式的開關(guān)損耗：

●  測試板1：搭載1ED3491的驅(qū)動板2SID-1ED3X-62MM-1206D0

●  測試板2：搭載1ED020I12-F2（2A）及推挽元件IXDN609(9A)

●  模塊型號：FF2MR12KM1H

●  驅(qū)動電壓：+18V/-3.5V

●  Vbus=600V  Id=370A

CH2：下管Vgs、CH3：下管Vds

CH4：電流Id、CHm1：損耗

圖1、1ED3491驅(qū)動模塊損耗Eon=22.3mJ

圖2、1ED3491驅(qū)動模塊損耗Eoff=14.09mJ

圖3、2A驅(qū)動IC+推挽驅(qū)動模塊損耗Eon=24.6mJ

圖4、2A驅(qū)動IC+推挽驅(qū)動模塊損耗Eoff=15.2mJ

從測試結(jié)果可看出，使用1ED3491，比使用2A驅(qū)動+推挽的方式，開通損耗Eon降低了2.3mJ，降低大概9.3%。關(guān)斷損耗Eoff降低了1.1mJ，降低大概7.2%。

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1ED34X1米勒鉗位抑制寄生導通，可外置MOSFET增強鉗位能力

以下圖為例展示米勒寄生導通產(chǎn)生的原因：在上管的開通時刻，下管關(guān)斷，DS間電壓上升，產(chǎn)生電壓變化率dv/dt，dv/dt通過(Cgd)米勒電容向柵極注入電流。米勒電流跨越整體柵極路徑使得下管柵極上出現(xiàn)電壓尖峰。如果下管Vgs尖峰超過器件的Vgs(th)，則可能會發(fā)生半橋直通現(xiàn)象。低閾值電壓的功率器件，如SiC MOSFET，更有可能受到此影響損壞。如下圖5。更多米勒效應(yīng)的解釋及應(yīng)對方法可參考：米勒電容、米勒效應(yīng)和器件與系統(tǒng)設(shè)計對策

圖5、米勒效應(yīng)圖解

1ED34X1系列集成米勒鉗位功能。鉗位方式分為兩種。一種是直接鉗位，例如1ED3431，即直接把clamp pin接到IGBT的門極。這種情況下鉗位電流的典型值是2A，適用于100A以下的IGBT。

另一種方式是在clamp pin外接一個N-MOSFET，來擴展鉗位電流，以適應(yīng)更大電流IGBT的需求。例如1ED3461及1ED3491。根據(jù)外接NMOS型號的不同，鉗位電流最大可擴展到20A。

驅(qū)動板2SID-1ED3X-62MM-1206D0在做SiC MOSFET雙脈沖測試時，首先沒有外接米勒鉗位MOS，米勒效應(yīng)引起了明顯的門極電壓過沖，如圖6.1-2中CH1黃色通道紅圈部分，Vgs尖峰2.08V， △V=5.58V。然后將1ED3491 CLAMPDRV腳外接5.4A MOS（PMV45EN），米勒鉗位功能起到了立竿見影的效果，如圖7.1-2中CH1黃色通道紅圈部分，Vgs尖峰降為-1.26V，△v只有2.24V。

驅(qū)動電壓：+18V/-3.5V

CH1：上管Vgs、CH2：下管Vgs

CH3：下管Vds、CH4：電流Id

未加米勒鉗位測試的全圖與展開波形圖

加米勒鉗位測試的全圖與展開波形圖

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1ED34X1(clamp driver)Desat保護時間、軟關(guān)斷時間精確可調(diào)

由于SiC MOSFET器件短路耐受時間相對較短，CoolSiC? MOSFET Easy封裝模塊在+15V驅(qū)動供電時，數(shù)據(jù)手冊標稱短路時間只有2us例如：FF17MR12W1M1H_B11。而62mm封裝的CoolSiC?模塊雖然沒有標稱短路時間，但仍然有一定的短路能力，這里我們使用62mm封裝的模塊來驗證1ED3491的短路保護功能。

1ED34X1具有退飽和保護功能。以往短路保護消隱時間需要通過外接電容來實現(xiàn)，而1ED34X1系列則不需要外接電容，它通過ADJB引腳連接不同阻值的電阻可設(shè)置不同的消隱時間，共有16檔可調(diào)，DESAT濾波時間tDESATfilter:1.6μs至4.0μs，Leading edge消隱時間tDESATleb:0.65μs至1.15μs。1ED34x1還具有在故障情況下軟關(guān)斷的功能。在器件出現(xiàn)過流故障的情況下，驅(qū)動芯片將會使用較低的電流關(guān)斷IGBT，將會減慢IGBT的di/dt，避免出現(xiàn)過高的電壓尖峰損壞IGBT。軟關(guān)斷的參數(shù)通過ADJA連接的電阻可調(diào)。系列中每一款芯片都有16檔關(guān)斷電流。

圖8為當ADJA下拉電阻=10K、ADJB下拉電阻=100K的SiC短路波形，此時短路保護時間為1us，軟關(guān)斷時間為1.23us，能夠滿足SiC MOSFET 2us短路時間的苛刻要求。

CH1：Flt信號、CH2：下管Vgs、CH3：Desat信號

圖8、短路保護時間1us+軟關(guān)斷時間1.23us

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 總結(jié) 

得益于英飛凌驅(qū)動1ED3491做強大的后盾，晶川驅(qū)動板2SID-1ED3X-62MM-1206D0能出色的驅(qū)動和保護SiC MOSFET。1ED34X1系列驅(qū)動芯片9A的輸出電流能力省錢又省力、Clamp防直通立竿見影、Desat快準穩(wěn)、Soft-off輕松防過壓、DSO16封裝小驅(qū)動更緊湊。英飛凌X3系列是驅(qū)動SiC MOSFET和IGBT的不二之選。

作者：張永 鄭姿清 趙佳  來源：英飛凌