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知識專欄

如何驅動 SiC MOSFET?

作者: 浮思特科技2024-11-26 13:52:12

  懂行的人都知道,Si MOSFET需要正柵極電壓,建議在12V左右甚至更低,負柵極電壓應為地電位。 IGBT 具有不對稱柵極驅動電壓,這意味著正柵極電壓約為 15V,負電壓約為 -5V。

  SIC MOSFET 基本上可以在 Si MOSFET 或 IGBT 的電壓水平下工作,但不能以其最佳參數工作。理想情況下,SiC MOSFET 的柵極電壓為 20V,以便以最小 RDSon 導通。

  當用 0V 關斷 SiC MOSFET 時,必須考慮一種效應,即 Si MOSFET 中已知的米勒效應。當器件用于橋式配置時,這種效應可能會產生問題,尤其是當一個 SiC MOSFET 導通且第二個 SiC MOSFET 的漏極經歷浪涌并因寄生效應而意外導通時。這種導通會造成高壓與地之間的短路,從而損壞電路。

sic mosfet

圖1

  然而,SiC 器件可以在比前面提到的 20V 更低的柵極電壓下工作,但輸出特性變化很大,如圖 2 所示。可以得出結論,較低的柵極電壓會導致較低的整體系統效率。優化 SiC MOSFET 柵極驅動電路以實現低 RDSon 和足夠高的柵極電壓只是優化損耗工作的一半。開關損耗是可以優化的另一部分,如[2]中所示。

sic mosfet

圖2

  為了驅動 SiC MOSFET,[2]中使用了 STGAPxx MOSFET 驅動器。 STGAPxx MOSFET 驅動器確實有兩種不同的風格,如圖 2 和圖 3 所示。圖 3 中的示意圖顯示了使用雙極柵極驅動器電源時如何完成 SiC MOSFET 的柵極驅動。如上所述,該雙極柵極驅動電壓不是強制性的,但它有助于最小化米勒效應并創建更好的可控開關。因此,圖 4 顯示了具有有源米勒鉗位的原理圖。這使得設計人員能夠擁有單極柵極驅動器電源。

sic mosfet

圖3

  10Ω 和 1Ω 之間的損耗差異為 250μJ,可以消除。它還指出,開關損耗不對稱,這意味著接通損耗與關斷損耗不同。另外值得注意的是,如果需要更長的關斷時間來獲得更好的 EMI 性能,它不會像接通那樣嚴重影響效率,因為斜率較低。

  在將 IGBT 與 SiC 進行比較時,還有一點需要指出。 SiC MOSFET 與 IGBT 的主要區別在于器件何時關閉。要完全關斷,IGBT 需要完全清除其少數載流子。最后一次傳輸發生在 IGBT 已經關閉并且集電極和發射極兩端的電壓處于最大值時,因此它對 IGBT 的開關損耗有巨大貢獻。 SiC MOSFET 不存在這種稱為尾電流的效應,并且可以以更少的能量損耗完成關斷。

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