SiC MOSFET驅動電路設計基礎及原理-KIA MOS管

驅動電路設計基本要求

SiC MOSFET對驅動電路的基本要求主要有:

①驅動電流要足夠大，以縮短米勒平臺的持續時間使驅動脈沖前后沿足夠陡峭，尤其在多管并聯的工況下;

②驅動回路的驅動電阻要小，導通時能夠快速對柵極電容充電，關斷時柵極電容能夠快速放電，以加快SiC MOSFET的開關響應速度;

③為了保證SiC MOSFET可靠觸發導通，柵極驅動電壓應高于器件的開啟電壓;

④驅動電路采用負壓關斷，防止誤導通，增強其抗干擾能力;

⑤需具有小的寄生電感，減小系統的振蕩;

⑥為了保證控制電路的正常運行，驅動電路和功率電路之間要有隔離;

⑦需具有必要的驅動保護電路。

驅動電路原理

基于ACPL－355JC光耦驅動模塊設計了SiC MOSFET驅動和保護電路，該電路由輸入驅動信號調理電路、驅動保護電路和故障反饋電路等三部分構成。

輸入驅動信號調理電路對脈沖使能信號等進行緩沖、整形處理，來提高輸入驅動信號的質量;驅動保護電路對輸入驅動信號進行放大，來驅動SiC MOSFET的導通與關斷以及在SiC MOSFET發生短路過流、驅動電源欠壓等故障時起保護作用;故障反饋電路將驅動保護電路的故障結果反饋給控制電路。驅動電路原理如圖2所示。

ACPL－355JC為光耦隔離驅動模塊，具有最大2262V的工作絕緣電壓，能完美實現功率電路和驅動電路的電氣隔離功能;最高開關頻率可達1MHz，最大傳輸延遲時間只有150ns，能夠滿足SiC MOSFET高頻通斷的要求。

ACPL－355JC有兩個故障報告機制，即正輸出電源電壓(VDD2)的欠壓保護(UVLO)和過流保護(FAULT)，UVLO故障優先級最高，FAULT故障次之。在過電流故障條件下，通過SS引腳軟關斷，關斷速率可以通過電阻Ｒ51調整。最大10A的驅動峰值電流足以同時驅動兩個并聯的SiC MOSFET。

驅動電阻 ( ＲG) 設計

ＲG的大小對 SiC MOSFET 開關速度、電壓尖峰、開關過程的振蕩以及系統效率都有較大的影響，合適的 ＲG對于系統整體性能具有至關重要的影響。實驗前需要通過理論計算選擇一個較合適的ＲG值。

首先，SiC MOSFET 和 ＲG可以認為是一個簡單的 ＲC 電 路，電 壓 由 ACPL － 355JC 提 供。根 據ACPL－355JC的正、負輸出電源電壓 ( VDD2和 VSS2)以及最大驅動峰值電流 ( IO，PEAK= 10 A) 來計算 ＲG最小值 ( ＲG，MIN) ，即

式中 ＲOUT，MIN為 ACPL－355JC 內部的最小柵極輸出電阻。根據式 ( 1) 可以求得 ＲG，MIN= 1. 6 Ω。ＲG和 ＲOUT，MIN將確保輸出電流不會超過 ACPL－355JC 的絕對最大額定值 10 A。

其 次，根 據ACPL－355JC 的最大輸出驅動功率 ( PO，MAX) 來計算 ＲG。ACPL－355JC 實際輸出驅動功率 ( PO) 計算公式為

式中: PO，BIAS為輸出保持功率; PO，SWITCHING為驅動開關功率; PHS和 PLS分別為驅動導通和關斷功率;IDD2為 ACPL － 355JC 的 工 作 電 流; QG 為 SiC MOSFET 的 柵 極 電 荷; f 為 驅 動 開 關 頻 率;ＲOUTN，MAX和 ＲOUTP，MAX分別為 ACPL－355JC 的最大柵極關斷和導通輸出電阻。

由式 ( 2) ～ ( 4) 可以求得 PO≈170 mW。因為兩個并聯 SiC MOSFET 的輸出驅動功率為2PO≈340 mW，小于 PO，MAX= 600 mW，所以選擇ＲG= 2. 5 Ω，此時 ACPL－355JC 能夠驅動兩個并聯的 SiC MOSFET。

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