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ZHCABN2 February 2022 UCC14240-Q1

3.5 輸出電壓要求

IGBT 和 SiC MOSFET 之間的另一個(gè)重要區(qū)別是它們的 I_D (I_C) 與 V_DS (V_CE) 輸出特性。圖 3-2 中的左側(cè)曲線顯示了 SiC MOSFET 的 I_D 與 V_DS，而右側(cè)曲線描繪了 IGBT 的 I_C 與 V_CE。兩者都是 1.2kV 額定器件。

圖 3-2 1200V，100A，SiC 與 IGBT，VI 特征

IGBT 曲線在線性區(qū)域斜率較大，而在飽和區(qū)域斜率幾乎為零。線性區(qū)域、歐姆區(qū)域和飽和區(qū)域之間的切換是非常明顯，因此對(duì)于任何大于閾值電壓 V_CE(th) 的集電極-發(fā)射極電壓，IGBT 表現(xiàn)為電壓控制的電流源。

相反，與 IGBT 相比，SiC 曲線沒有明確的線性區(qū)域或飽和區(qū)域，并且 I_D 與 V_GS 的變化要小得多。因此，SiC MOSFET 被認(rèn)為是低增益或中等增益器件，其特點(diǎn)是 R_DS(ON) 持續(xù)下降直至漏源擊穿電壓。因此，最好以盡可能接近其擊穿電壓的正 V_GS 開啟 SiC MOSFET。例如，考慮兩個(gè)工作點(diǎn) V_GS1 和 V_GS2，如圖 3-2 的 SiC IV 曲線中突出顯示。

Equation6.

R_{D S 1} = \frac{V_{G S 1}}{I_{D}} = \frac{2.2 V}{100 A} = 22 m Ω, (V_{G S 1} = 15 V)

Equation7.

R_{D S 2} = \frac{V_{G S 2}}{I_{D}} = \frac{2.9 V}{100 A} = 29 m Ω, (V_{G S 2} = 13 V)

比較兩個(gè)工作點(diǎn)顯示，當(dāng) V_GS2=13V 與 V_GS1=15V 相比，導(dǎo)通時(shí) R_DS(ON) 增加了 32%，相應(yīng)的傳導(dǎo)損耗高出 1.32 倍。這種行為意味著 SiC 更像是壓控電阻器。應(yīng)嚴(yán)格調(diào)節(jié) VDD 導(dǎo)通偏置電源，以允許在盡可能接近 15V 的電壓下運(yùn)行。

一些 SiC MOSFET 制造商建議 VDD 精度為 5% ，但在牽引逆變器應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員往往要求 VDD 精度為 3% 甚至 1.5%。無(wú)論是使用電源模塊還是分布式反激式轉(zhuǎn)換器等分立式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)如此高的調(diào)節(jié)精度都可能很困難，通常需要使用低壓降 (LDO) 線性穩(wěn)壓器進(jìn)行額外的后置穩(wěn)壓。優(yōu)于 1.3% 的電壓調(diào)節(jié)是 UCC14240-Q1 的關(guān)鍵特性之一，使其非常適合將 SiC MOSFET 增強(qiáng)至最低 R_DS(ON)，而無(wú)需 LDO 或分立的后置穩(wěn)壓電路。

IGBTs 和 SiC MOSFET 之間的另一項(xiàng)顯著區(qū)別是 V_GS(th) (V_CE(th)) 導(dǎo)通閾值電壓。對(duì)于圖 3-2 中所示的兩個(gè)器件，這在每個(gè)圖表的右下角都有說(shuō)明。SiC MOSFET 具有較低的最小 V_GS(th)，能以高 dV/dt 進(jìn)行開關(guān)，使其更容易受到半橋配置中 dV/dt 感應(yīng)導(dǎo)通的影響。在這種情況下，半橋的低側(cè) MOSFET（例如牽引逆變器中使用的 MOSFET）會(huì)在 V_GS 命令其處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)無(wú)意中導(dǎo)通。避免這種情況的一種方法是在關(guān)斷期間施加負(fù)電壓，以提供額外的裕度來(lái)防范低 V_GS(th)。UCC14240-Q1 提供開關(guān)電容器電壓以產(chǎn)生穩(wěn)定的負(fù) VEE 電壓，從而可靠地關(guān)斷 SiC 和 IGBT 晶體管開關(guān)。這是柵極驅(qū)動(dòng)器偏置解決方案的必要組成部分，可確保 SiC 或 IGBT 模塊在惡劣的汽車環(huán)境中的穩(wěn)健性。