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工业领域的磁耦驱动新技术
发布时间:2018-02-07        浏览次数:91        返回列表
  近两年来,碳化硅材料(Silicon Carbride, SIC)进入应用领域。SIC半导体具有宽禁带,高击穿电场,高饱和漂移速度和高热导率的优异特性正在推动工业领域对功率设备在功率密度方面的革命。下面就随电源管理小编一起来了解一下相关内容吧。

 

  近两年来,碳化硅材料(Silicon Carbride, SIC)进入应用领域。SIC半导体具有宽禁带,高击穿电场,高饱和漂移速度和高热导率的优异特性正在推动工业领域对功率设备在功率密度方面的革命。使用SIC MOSFET替代IGBT可以提高功率管开关频率,从而降低功率设备中感性元件以及容性原件的体积。使功率设备的体积减小到原来不可思议的地步。但是更高的频率,更高的功率密度,要求周边器件也能适应更高的工作频率,在更宽的温度范围以保证稳定的工作状态。ROHM在SIC发展最初阶段提出了可应用SIC产品使用的磁耦驱动产品,及时满足了SIC MOSFET的驱动和通讯的绝缘要求。

ROHM半导体(上海)有限公司设计中心经理 顾伟俊

  磁耦技术源自成熟的隔离变压器驱动技术,通过将微观级的无磁芯线圈埋置于芯片封装内,提高了电路集成度,并保证了产品性能的稳定。

  芯片级磁耦的结构:

  磁耦的特性:

  1. 磁耦没有性能衰减

  相对于现有光电耦合和电容耦合,磁耦没有老化的风险。

  2. 磁耦温漂很小

  相对于现有光电耦合和电容耦合,磁耦合产品更适合在大功率密度的产品中应用。

  ROHM公司推出的系列磁耦驱动芯片从输入信号到驱动功率输出,信号最大延时误差约130nS。该性能基本满足了客户开发200KHz以内的功率转换设备。相对于现在普遍采用的IGBT 在20kHz的工作频率,开发同功率产品的体积重量可以得到明显的改善。

  同时针对高频驱动,在电路上通过将功率电源与信号分开传输,满足了高频方案的要求。

  如下图:

图1 传统隔离变压器电路和分立器件组成驱动原理图

图2 磁耦隔离驱动原理图

  从图1和图2对比可以发现,传统的隔离变压器技术同时传递控制逻辑信号和功率电源。似乎效率非常高。但是在SIC应用场合,由于控制频率可以从6kHz-200kHz(SICMOSFET可以对应MHz的开关频率),在如此宽的频率变化范围,变压器对功率传递的效率会有很大的变化,造成的结果是被动传输的条件下输出驱动电压会有很大的波动。这对现阶段的SIC MOSFET的非常敏感的Gate驱动电压范围是非常致命的。参考图3.当驱动电压下降时,SIC MOSFET的内阻会急剧增加,可想而知,产品效率会受到很大的影响。

图3 SIC MOSFET Module On-resistance Vs. Vgs

  而磁耦驱动通过独立的信号传输及可控制的功率传输,避免了功率转换设备在不同频率下的效率波动。适用于高频率的能量转换。

  同时针对于新的SICMOSFET应用,ROHM设计的磁耦输出电压范围从原来的最大输出电压+20V提高到+30V耐压。SIC MOSFET要求Gate驱动电压接近20V。而SI工艺的SI 或者IGBT驱动电压仅要求大于12V。

  ROHM的磁耦产品系列:

 

工业领域的磁耦驱动新技术

 

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