SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有單電源正電壓時(shí)如何實(shí)現(xiàn)負(fù)壓？

現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電力電子設(shè)備提出了很多要求：體積小、重量輕、功率大、發(fā)熱少。面對(duì)這些要求，Si MOSFET因Si材料自身的限制而一籌莫展。SiC MOSFET因SiC材料的先天優(yōu)勢(shì)開(kāi)始大顯神通。SiC MOSFET大規(guī)模商用唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格。但隨著良率的提升和采用更大尺寸的晶圓，SiC與Si之間的成本差距正在收窄，在整車(chē)系統(tǒng)總體成本反而有明顯的優(yōu)勢(shì)。SiC MOSFET替代Si MOSEFET成為越來(lái)越多的廠家的新選擇。

SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)與Si MOSFET的區(qū)別之一是驅(qū)動(dòng)電壓不同，傳統(tǒng)Si MOSFET驅(qū)動(dòng)只要單電源正電壓即可，而SiC MOSFET需要單電源正負(fù)壓驅(qū)動(dòng)。SiC MOSFET要替代Si MOSFET，就要解決負(fù)壓電路如何實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。

目前，SiC MOSFET多為+15/-3V與+20/-5V電壓驅(qū)動(dòng)。要在Si MOSFET單電源正壓驅(qū)動(dòng)電路中中實(shí)現(xiàn)負(fù)壓電路，可以在驅(qū)動(dòng)回路中增加少量元件產(chǎn)生所需要的負(fù)壓，如需要+15/-3V的驅(qū)動(dòng)電壓，則單電壓需要提供+18V即可，具體有如下兩種方案可以實(shí)現(xiàn)。

方案一：

用+14V左右的穩(wěn)壓管Z1加上Z2管正向?qū)▔航担陂_(kāi)通時(shí)候?qū)㈦妷悍€(wěn)定在+15V左右，這樣在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電容C10上就會(huì)有3V壓降；開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)候，驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部下管導(dǎo)通加在GS上的電壓為-3V。

圖1

方案二：

用3V的穩(wěn)壓管Z1穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)用的負(fù)壓，開(kāi)通的時(shí)候電容C10上穩(wěn)定3V電壓，則驅(qū)動(dòng)正壓就保持為15V，關(guān)斷時(shí)候加在GS上電壓就是電容C10的電壓為-3V

圖2

方案一和方案二的驅(qū)動(dòng)波形如下：

圖3：方案一驅(qū)動(dòng)波形

圖4：方案二驅(qū)動(dòng)波形

從上述兩張驅(qū)動(dòng)波形圖可以看出：兩個(gè)方案均能使用極少的元件實(shí)現(xiàn)所需要的驅(qū)動(dòng)負(fù)壓，但是器件第一次工作前均為0V，不能在常關(guān)狀態(tài)下保持穩(wěn)定負(fù)壓，容易被干擾誤開(kāi)通。針對(duì)這一問(wèn)題，可以通過(guò)增加一個(gè)電阻R1上拉，在上電后就預(yù)先給電容C10進(jìn)行預(yù)充電穩(wěn)壓在3V，就可以實(shí)現(xiàn)未工作時(shí)保持負(fù)壓，如圖5.

圖5

綜上，在單電源供電的情況下，只需要對(duì)電路進(jìn)行微小的調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)SiC MOSFET替代Si MOSFET。

派恩杰已量產(chǎn)650V-1700V電壓平臺(tái)SiC MOSFET，產(chǎn)品由30年車(chē)規(guī)歷史的SiC代工廠X-FAB生產(chǎn)制造，符合車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，在光伏、新能源汽車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域均可替代Si MOSFET和IGBT。