SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有单电源正电压时如何实现负压?

现代工业对电力电子设备提出了很多要求:体积小、重量轻、功率大、发热少。面对这些要求,si mosfet因si材料自身的限制而一筹莫展。sic mosfet因sic材料的先天优势开始大显神通。sic mosfet大规模商用唯一的缺点就是价格。但随着良率的提升和采用更大尺寸的晶圆,sic与si之间的成本差距正在收窄,在整车系统总体成本反而有明显的优势。sic mosfet替代si mosefet成为越来越多的厂家的新选择。
sic mosfet的驱动与si mosfet的区别之一是驱动电压不同,传统si mosfet驱动只要单电源正电压即可,而sic mosfet需要单电源正负压驱动。sic mosfet要替代si mosfet,就要解决负压电路如何实现的问题。
目前,sic mosfet多为+15/-3v与+20/-5v电压驱动。要在si mosfet单电源正压驱动电路中中实现负压电路,可以在驱动回路中增加少量元件产生所需要的负压,如需要+15/-3v的驱动电压,则单电压需要提供+18v即可,具体有如下两种方案可以实现。
方案一:
用+14v左右的稳压管z1加上z2管正向导通压降,在开通时候将电压稳定在+15v左右,这样在开关管导通时电容c10上就会有3v压降;开关管关断时候,驱动芯片内部下管导通加在gs上的电压为-3v。
图1
方案二:
用3v的稳压管z1稳定驱动用的负压,开通的时候电容c10上稳定3v电压,则驱动正压就保持为15v,关断时候加在gs上电压就是电容c10的电压为-3v
图2
方案一和方案二的驱动波形如下:
图3:方案一驱动波形
图4:方案二驱动波形
从上述两张驱动波形图可以看出:两个方案均能使用极少的元件实现所需要的驱动负压,但是器件第一次工作前均为0v,不能在常关状态下保持稳定负压,容易被干扰误开通。针对这一问题,可以通过增加一个电阻r1上拉,在上电后就预先给电容c10进行预充电稳压在3v,就可以实现未工作时保持负压,如图5.
图5
综上,在单电源供电的情况下,只需要对电路进行微小的调整,即可实现sic mosfet替代si mosfet。
派恩杰已量产650v-1700v电压平台sic mosfet,产品由30年车规历史的sic代工厂x-fab生产制造,符合车规标准,在光伏、新能源汽车等应用领域均可替代si mosfet和igbt。

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