門極驅(qū)動(dòng)器為SiC-MOSFET模塊提供全面保護(hù)

　　1、SiC-MOSFET模塊

　　如今，對(duì)高效的功率能量轉(zhuǎn)換的需求催生了全SiC-MOSFET模塊，它由并聯(lián)的SiC-MOSFET和SiC二極管芯片組成。在參考文獻(xiàn)［1， 2， 3， 4］中，專門介紹了Mitsubishi Electric的1200V/800A全SiC-MOSFET模塊FMF800DX-24A，該模塊適合幾百kW級(jí)別的大功率應(yīng)用。有了這款功率模塊，設(shè)計(jì)者將能夠?qū)崿F(xiàn)100 kHz的高開關(guān)頻率應(yīng)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率或高功率密度。

　　相較于Si-IGBT，當(dāng)今的SiC-MOSFET只能提供數(shù)微秒的短路耐受能力。因此，F(xiàn)MF800DX-24A提供了檢測(cè)輸出功能，該功能可提供實(shí)際漏極電流的信息并可用于可調(diào)整的過流或短路檢測(cè)。借助此功能，通過大幅降低開關(guān)功耗（如下所示），可安全關(guān)斷較大的過流或短路。

　　FMF800DX-24A的MOSFET部分包含八個(gè)并聯(lián)的100A芯片，它們能夠耐受tSC = 2 µs的最大短路時(shí)間（參見數(shù)據(jù)手冊(cè)）。對(duì)于門極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)來說，在如此有限的時(shí)間內(nèi)安全關(guān)斷短路可能比較困難，除非在正常開關(guān)操作期間就保持極高的短路檢測(cè)敏感度，但這樣很容易造成短路保護(hù)誤觸發(fā)。正是在這種需求的驅(qū)動(dòng)下，一種先進(jìn)的過流及短路檢測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生。

　　FMF800DX-24A提供了一個(gè)獨(dú)立的源極區(qū)域，其作用就像主源極端子的電流鏡像，并且可提供檢測(cè)電流iSense，該電流與漏極電流iD成正比。圖1所示為等效電路。檢測(cè)輸出功能的特征可從［4］獲取。該檢測(cè)電流可通過分流電阻RS轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該信號(hào)再重新轉(zhuǎn)化為實(shí)際電流值的信息。這可以用來實(shí)現(xiàn)過流或短路檢測(cè)。

　　FMF800DX-24A的門極可以使用+15V/-10V控制，這是控制IGBT的常用電壓水平。

　　【圖1：檢測(cè)輸出】

　　2、FMF800DX-24A的門極驅(qū)動(dòng)器

　　圖2（b）中所示的驅(qū)動(dòng)器的電路中除了提供常見的柵源極電壓、有源鉗位電路和dv/dt反饋（參見［5， 6］）外，還可以提供一個(gè)電路用于評(píng)估SiC-模塊的Sense和S端子之間的檢測(cè)輸出（參見圖1）。因此，驅(qū)動(dòng)器能夠測(cè)量出漏極電流的實(shí)際值，從而關(guān)斷過流。過流限值可通過選取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)電阻RS值來設(shè)定。這樣功率模塊與驅(qū)動(dòng)器就實(shí)現(xiàn)了有效結(jié)合，過流和過壓等風(fēng)險(xiǎn)幾乎無法對(duì)其造成損壞。

　　【圖2：安裝了驅(qū)動(dòng)器的SiC模塊】