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门极驱动器为SiC-MOSFET模块提供全面保护

未知 2019-10-19 09:59

  1、SiC-MOSFET模块

  如今,对高效的功率能量转换的需求催生了全SiC-MOSFET模块,它由并联的SiC-MOSFET和SiC二极管芯片组成。在参考文献[1, 2, 3, 4]中,专门介绍了Mitsubishi Electric的1200V/800A全SiC-MOSFET模块FMF800DX-24A,该模块适合几百kW级别的大功率应用。有了这款功率模块,设计者将能够实现100 kHz的高开关频率应用,同时实现高效率或高功率密度。

  相较于Si-IGBT,当今的SiC-MOSFET只能提供数微秒的短路耐受能力。因此,FMF800DX-24A提供了检测输出功能,该功能可提供实际漏极电流的信息并可用于可调整的过流或短路检测。借助此功能,通过大幅降低开关功耗(如下所示),可安全关断较大的过流或短路。

  FMF800DX-24A的MOSFET部分包含八个并联的100A芯片,它们能够耐受tSC = 2 s的最大短路时间(参见数据手册)。对于门极驱动器设计来说,在如此有限的时间内安全关断短路可能比较困难,除非在正常开关操作期间就保持极高的短路检测敏感度,但这样很容易造成短路保护误触发。正是在这种需求的驱动下,一种先进的过流及短路检测方法应运而生。

  FMF800DX-24A提供了一个独立的源极区域,其作用就像主源极端子的电流镜像,并且可提供检测电流iSense,该电流与漏极电流iD成正比。图1所示为等效电路。检测输出功能的特征可从[4]获取。该检测电流可通过分流电阻RS转化为电压信号,该信号再重新转化为实际电流值的信息。这可以用来实现过流或短路检测。

  FMF800DX-24A的门极可以使用+15V/-10V控制,这是控制IGBT的常用电压水平。

  【图1:检测输出】

  2、FMF800DX-24A的门极驱动器

  图2(b)中所示的驱动器的电路中除了提供常见的栅源极电压、有源钳位电路和dv/dt反馈(参见[5, 6])外,还可以提供一个电路用于评估SiC-模块的Sense和S端子之间的检测输出(参见图1)。因此,驱动器能够测量出漏极电流的实际值,从而关断过流。过流限值可通过选取适当的检测电阻RS值来设定。这样功率模块与驱动器就实现了有效结合,过流和过压等风险几乎无法对其造成损坏。

  【图2:安装了驱动器的SiC模块】

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