功率器件在工業(yè)和汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起著決定性的作用。為了滿足這些應(yīng)用的特定要求并加快上市時(shí)間，羅姆采用專有的微制造工藝開發(fā)無(wú)芯片上變壓器以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的隔離，尤其適用于 SiC 技術(shù)。碳化硅已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和汽車市場(chǎng)，包括太陽(yáng)能逆變器、所有類型的高壓電源和汽車車載電池充電器。

圖 1：無(wú)芯變壓器技術(shù)

“我們所有的柵極驅(qū)動(dòng)器都基于無(wú)芯變壓器技術(shù)，”ROHM Semiconductor Americas 應(yīng)用工程師 Mitch Van Ochten 說(shuō)。他繼續(xù)說(shuō)道，“它們的制造方式如圖 1 上圖所示，我們內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的板坯。在左側(cè)，我們有低壓部分，該硅片與您的 DSP 或微控制器連接。低壓部分以 5 伏電壓運(yùn)行，但如果您使用以 3.3V 運(yùn)行的微型，它將接受 3.3 伏信號(hào)。然后在中心是我們的無(wú)芯變壓器技術(shù)島。這些變壓器的構(gòu)造如圖 1 所示。它們的初級(jí)和次級(jí)線圈采用大約十匝的銅線圈，絕緣體采用二氧化硅，與石英非常相似。

碳化硅

電子電源電路的實(shí)施使系統(tǒng)更小、更輕，同時(shí)也為提高能效提供了基礎(chǔ)。

過(guò)去，碳化硅功率開關(guān)器件在傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中面臨許多挑戰(zhàn)。碳化硅早年價(jià)格高，收益有限。直到最近，許多公司都專注于太陽(yáng)能調(diào)節(jié)，以及一些其他真正受益于碳化硅的電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，盡管成本仍然很高。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，性能和成本不斷提高。現(xiàn)在價(jià)格大幅下降，電動(dòng)汽車市場(chǎng)果斷轉(zhuǎn)向碳化硅，將技術(shù)帶入大批量的主流應(yīng)用。

“顯然，這就是我們進(jìn)行大量研發(fā)、創(chuàng)造大量新產(chǎn)品的地方。我們的第四代 SiC MOSFET 將推出，真正滿足汽車行業(yè)的需求，并通過(guò)我們針對(duì)汽車應(yīng)用專門調(diào)整和增強(qiáng)的最新溝槽技術(shù)跨越一些碳化硅市場(chǎng)，”美洲總裁 David Uze 說(shuō)。

在 SiC MOSFET 的正向傳導(dǎo)狀態(tài)中不存在少數(shù)電荷載流子，以及 SiC 體二極管的超低反向恢復(fù)電荷 (Qrr)，降低了開關(guān)損耗并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高工作頻率。這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致無(wú)源元件的減少，從而減少系統(tǒng)的尺寸和重量。碳化硅的熱導(dǎo)率是硅的三倍，使系統(tǒng)的冷卻要求更低。

第四代碳化硅 MOSFET 基于雙溝槽技術(shù)。它提供的導(dǎo)通電阻 (R ds (ON)) 比同一芯片的當(dāng)前一代 MOSFET低約 40% ，并且由于新 MOSFET 器件的電容設(shè)計(jì)，開關(guān)損耗顯著降低了 25% 到 40% 以上. 這些還包括大大減少了來(lái)自身體懷疑反向恢復(fù)過(guò)程的反向恢復(fù)電流，這也意味著開關(guān)期間寄生導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)最小。

電源電路設(shè)計(jì)人員還會(huì)發(fā)現(xiàn)半橋配置開關(guān)期間的反向恢復(fù)電流大大降低，這與 MOSFET 在高dv/dt速度下沒(méi)有寄生導(dǎo)通有關(guān)，因?yàn)?C GD /C得到改善GS電容比內(nèi)置于第四代芯片設(shè)計(jì)中。

柵極驅(qū)動(dòng)器

隨著串式逆變器取代中央逆變器，電力電子領(lǐng)域，尤其是功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，效率不斷提高。這種轉(zhuǎn)變可以加快電動(dòng)汽車的充電速度，并支持相關(guān)的電動(dòng)汽車系統(tǒng)，例如牽引逆變器和運(yùn)動(dòng)控制。提高集成度是實(shí)現(xiàn)電源在消耗更少電路板空間的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高功率水平的必要條件。共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI) 是一個(gè)重要參數(shù)，也是決定柵極驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)健性的關(guān)鍵區(qū)別因素。高 CMTI 值意味著隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器可用于具有高開關(guān)頻率的應(yīng)用。

BM6112FV-C 是 ROHM Semiconductor 的最新解決方案。它是一款隔離電壓為 3750 VRMS、I/O 延遲時(shí)間為 150 ns 的柵極驅(qū)動(dòng)器，并集成了多種功能，包括故障信號(hào)輸出、就緒信號(hào)輸出、欠壓鎖定 (UVLO)、短路保護(hù) (SCP)、主動(dòng)米勒鉗位、輸出狀態(tài)反饋 (OSFB) 和溫度監(jiān)控功能。

“這是我們最高電流的柵極驅(qū)動(dòng)器，我們相信它是業(yè)內(nèi)最高的驅(qū)動(dòng)器之一，在許多情況下，這種高電流消除了在柵極驅(qū)動(dòng)器和功率器件之間放置緩沖級(jí)的需要，它還包括一個(gè)有源米勒鉗位有助于防止橋的另一半誤開啟。它的其他功能之一是溫度監(jiān)視器。因此，其工作方式是您的電源模塊本身通常包含一個(gè) NTC 熱敏電阻，或者您可以使用串聯(lián)二極管串，然后監(jiān)控電源設(shè)備的溫度，然后將該信號(hào)傳送到我們更改它的次級(jí)側(cè)進(jìn)入 PWM，然后我們通過(guò)隔離變壓器將其耦合回初級(jí)。接著，在您的軟件中，您的 DSP 或微測(cè)量 PWM 并解釋基板溫度，以便您可以采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)加速冷卻或限制占空比，無(wú)論您需要做什么來(lái)保持控制。我們還包括一個(gè)我們稱之為輸出狀態(tài)反饋的安全功能，”Mitch Van Ochten 說(shuō)。

該柵極驅(qū)動(dòng)器具有兩種隔離類別：2500 VRMS 和 3750 VRMS。每個(gè)部件都在該隔離電壓下測(cè)試 60 秒。“我們認(rèn)為這種無(wú)芯變壓器技術(shù)優(yōu)于其他兩種常見的方法。我們保證我們所有的部件都能承受初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間每微秒 100 kV 的共模電壓。這大約是某些光隔離驅(qū)動(dòng)器提供的兩倍”Mitch 說(shuō)。

電子系統(tǒng)繼續(xù)為汽車應(yīng)用中引入的新功能做出貢獻(xiàn)。無(wú)芯變壓器技術(shù)對(duì)于必須滿足嚴(yán)格 CMTI 要求的所有解決方案都很有趣。無(wú)芯變壓器技術(shù)非常強(qiáng)大，可以輕松與創(chuàng)新的數(shù)字控制功能相結(jié)合。
審核編輯：郭婷