碳化硅模块（SiC模块/MODULE）大电流下的驱动器研究

由于碳化硅（SiC）MOSFET具有高频、低损耗、高耐温特性，在提升新能源汽车逆变器效率和功率密度方面具有巨大优势。对于SiC MOSFET功率模块，研究大电流下的短路保护问题、高开关速度引起的驱动振荡问题尤为重要。针对这些问题，设计了大电流下SiC MOSFET功率模块的驱动器，包括电源威廉希尔官方网站 、功率放大威廉希尔官方网站 、短路保护威廉希尔官方网站 、有源米勒钳位威廉希尔官方网站 和温度检测威廉希尔官方网站 。在分析了驱动振荡机理后，通过有限元软件提取了驱动回路的寄生电感，优化驱动回路布局，使得开通与关断回路杂散电感分别降低到 6.50 nH和 5.09 nH。最后，以Cree公司的1 200 V/400 A CAB400M12XM3功率模块为测试对象，利用双脉冲实验验证了所设计驱动威廉希尔官方网站 的合理性及短路保护威廉希尔官方网站 的可靠性，对于800 A的短路电流，可以在1.640 μs内实现快速短路保护。 (碳化硅功率模块（SiC MODULE）大电流下的驱动器研究https://pan.baidu.com/s/1uvdZogcAa28cFXC0hyoBXA提取码cwrk)

随着电力电子技术的发展，高耐压、高效率、高结温已成为电力电子器件技术的发展趋势[1]。与传统的 IGBT 相比，第三代宽禁带半导体器件SiC MOSFET 在高开关速度、高耐压、低损耗等方
面具有优势，已成为近年来新的研究热点。电动汽车要求电驱动系统具有高功率密度、高效率、高工作温度以及高可靠性，SiC MOSFET 在电驱动系统中的优势与潜力，为电动汽车小型化、轻量化的发展注入了新的动力[3-4]。然而，SiC MOSFET 的高频、高速开关速度特性，使其对驱动回路与功率回路的寄生参数敏感度增大，在开关过程中更易产生电压电流的过冲和振铃，引发电磁干扰问题，也会导致桥臂串扰和驱动振荡问题，严重威胁电驱动系统的安全[5-6]。文献[7]设计了 SiC MOSFET 的驱动威廉希尔官方网站 ，通过在器件栅极和源极两端并联电容，减慢开关速度，在牺牲效率的情况下，避免了桥臂串扰引起的驱动振荡问题。但是该研究只是针对电流等级比较小的单管 SiC MOSFET 设计的驱动威廉希尔官方网站 ，而随着电流等级的增加，桥臂串扰、驱动振荡以及短路保护问题会变得严峻，有必要对大功率SiC功率模块的可靠驱动进行研究。文献[8]设计了一种 SiC MOSFET 快速保护威廉希尔官方网站 ，利用分流器检测法检测短路电流，虽然可以实现快速保护，但是串联的电阻会增加损耗。文献[9]采用分立器件搭建了一种 SiC MOSFET 高温驱动威廉希尔官方网站 ，高温驱动下效果较好，但是分立器件增加成本的同时也增加了故障率。文献[10]设计了一种栅极有源钳位威廉希尔官方网站 来抑制桥臂串扰问题，但是实验验证使用的 SiC MOSFET 仍然为小功率的单管器件，对于在大功率SiC功率模块中的实际应用效果没有进行实验验证。本文针对大电流 SiC MOSFET功率模块的驱动与保护问题，设计了一款驱动器。采用高可靠性、高抗扰性能的电源及驱动芯片设计驱动威廉希尔官方网站 ，增加共模电感提高驱动威廉希尔官方网站 抗扰性能，设计短路保护威廉希尔官方网站 实现对大电流短路故障的快速响应。通过对 SiC MOSFET 驱动振荡机理的分析，指出优化驱动回路PCB走线布局，减小驱动回路寄生电感是抑制振荡的有效途径。利用 AnsysQ3D Extractor 软件提取驱动回路寄生电感，进而优化驱动威廉希尔官方网站 布局。最后，通过双脉冲实验验证驱动威廉希尔官方网站 设计的合理性，通过短路保护实验验证短路保护的快速性和可靠性。
1 驱动及保护威廉希尔官方网站 设计
SiC器件的高频和高开关速度特性会带来一些特殊问题。例如，高开关速度引起的高dv/dt和di/dt会产生较大干扰，这些干扰很容易串入驱动回路，使驱动信号受到干扰。因此SiC MOSFET驱动
威廉希尔官方网站 设计的着力点在于增强可靠性和抗干扰能力。1.1 电源威廉希尔官方网站 设计为了保证功率器件可靠关断，抑制桥臂串扰引起的误开通问题，SiC MOSFET需要采用负压关断。采用高可靠性隔离电源模块 MGJ2D121505SC将+12 V 的输入电压转换为+15 V和-5 V。MGJ2系列 DC-DC 转换器具有很高的隔离度和抗干扰性能，超低的耦合电容可以抑制干扰的影响。