該板在客戶使用 FS45MR12W1M1_B11 六組電源模塊和 EiceDRIVER 1EDI20H12AH 1,200-V 隔離式柵極驅(qū)動器設(shè)計應(yīng)用的第一步時為他們提供支持。該模塊具有額定 1,200V 阻斷電壓和 45mΩ 的典型通態(tài)電阻。它針對具有極高頻開關(guān)操作的電機驅(qū)動應(yīng)用進行了優(yōu)化。

CoolSiC MOSFET

碳化硅 (SiC) 是一種具有同素異形體的硅和碳的化合物。碳化硅的優(yōu)點包括：

帶隙為 3.3 eV，而硅為 1.2 eV；

擊穿場為 2.2 MV/cm，而硅為 0.3 MV/cm；

熱導(dǎo)率為 4.9 W/cm K（硅為1.5 W/cm K）；和

電子漂移速度為 2 107 cm/s，而硅為1 107 cm/s。

由于 SiC 的擊穿場高 10 倍，有源區(qū)可以做得更薄，并且可以結(jié)合更多的自由載流子。結(jié)果，電導(dǎo)率顯著更高。與雙極型 IGBT 相比，碳化硅的材料特性能夠?qū)崿F(xiàn)快速開關(guān)單極型器件的設(shè)計?；趯拵兜墓β势骷ɡ?SiC 二極管和晶體管）是電力電子設(shè)計的既定元素。與此同時，人們普遍認為 MOSFET 是首選概念（圖 1）。

圖 1：寬帶隙半導(dǎo)體的應(yīng)用（圖片：Infineon Technologies）

基于 SiC 材料的這些優(yōu)勢，SiC MOSFET 正在成為大功率應(yīng)用的有吸引力的開關(guān)晶體管，例如太陽能逆變器和非車載電動汽車 (EV) 充電器。得益于特殊的溝槽結(jié)構(gòu)，CoolSiC MOSFET 提高了溝道遷移率并提高了柵極氧化層的可靠性。

英飛凌最近推出了 CoolSiC MOSFET 器件，完善了其 650-V/1,200-V 產(chǎn)品組合。該技術(shù)不僅旨在補充這種阻斷電壓等級的 IGBT，而且還旨在補充成功的 CoolMOS 技術(shù)。CoolSiC MOSFET 650-V 器件的額定值為 27 mΩ 至 107 mΩ。它們采用經(jīng)典的三引腳 TO-247 封裝以及四引腳版本的 TO-247，可實現(xiàn)更低的開關(guān)損耗。英飛凌表示，與競爭性硅和 SiC 解決方案相比，650 V 的 CoolSiC MOSFET 提供的優(yōu)勢包括更高頻率下的開關(guān)效率和出色的可靠性。

由于導(dǎo)通電阻 (RDS(on)) 對溫度的依賴性非常低，MOSFET 具有出色的熱性能。據(jù)稱，這些器件堅固且穩(wěn)定的體二極管可保持非常低的反向恢復(fù)電荷 (Qrr)——比最好的超級結(jié) CoolMOS MOSFET 低約 80%。換向穩(wěn)健性有助于輕松實現(xiàn) 98% 的整體系統(tǒng)效率——例如，通過使用連續(xù)傳導(dǎo)模式圖騰柱功率因數(shù)校正 (PFC)。

圖 2：FS45MR12W1M1_B11 模塊示意圖（圖片：Infineon Technologies）

具有 1,200 V 阻斷電壓的 SiC MOSFET 在太陽能轉(zhuǎn)換器、不間斷電源、電池充電器和工業(yè)驅(qū)動器等應(yīng)用中很有趣。FS45MR12W1M1_B11 是一款 EasyPACK 1B 1,200-V、45-mΩ 六塊式模塊，采用 CoolSiC MOSFET、NTC 電阻器和 PressFIT 接觸技術(shù)（圖 2）。據(jù)英飛凌稱，它通過低電感設(shè)計提供最高效率以減少冷卻工作。

ROHM Semiconductor 提供 SCT3105KR 1,200-V 碳化硅 MOSFET，采用溝槽柵極結(jié)構(gòu)，針對需要高效率的服務(wù)器電源、太陽能逆變器和電動汽車充電站進行了優(yōu)化。使用新的四引腳封裝將電源和驅(qū)動器源端子分開，從而可以最大限度地提高高速開關(guān)性能。因此，與傳統(tǒng)的三引腳封裝 (TO-247N) 相比，總導(dǎo)通和關(guān)斷損耗可降低多達 35%。

評估委員會

Eval-M5-E1B1245N-SiC 評估板是 iMOTION 模塊化應(yīng)用設(shè)計套件 (MADK) 平臺的一部分，旨在與一系列控制板和功率級配合使用。該板可通過 iMOTION MADK-M5 32 針接口連接器連接到 XMC DriveCard 4400 或 XMC DriveCard 1300 等控制板。

圖 3：Eval-M5-E1B1245N-SiC 評估板的框圖（圖片：Infineon Technologies）

開源卡配備了相位輸出分流器，可以實現(xiàn)控制傳感器。它有一個三相交流連接器、一個 EMI 濾波器以最大限度地減少對連接電網(wǎng)的高頻輻射、一個整流器、一個用于電機連接的三相輸出、一個提供 5 V 的輔助電源、一個集成的 NTC 溫度傳感器、和一個碳化硅 FS45MR12W1M1_B11 六組電源模塊。

Eval-M5-E1B1245N-SiC 框圖如圖 3 所示。所有測量和控制信號均可在 32 針驅(qū)動卡接口連接器上使用。板上還提供了用于過溫和過流保護的硬件電路。電源區(qū)和信令區(qū)是分開的，以避免雜項干擾。基本絕緣隔離信號部分。通過使用具有適用于給定應(yīng)用的安全認證的部件替換當(dāng)前的 MOSFET 驅(qū)動器和輔助電源變壓器（T650、TR200、TR201），隔離設(shè)計可以輕松升級為安全電氣隔離。

附加功能包括：

輸入電壓 340 至 ~480 VAC；

最大 7.5 千瓦電機功率輸出；

帶 delta-sigma ADC 的隔離電流檢測；

通過 delta-sigma ADC 隔離檢測直流母線電壓；

熱敏電阻輸出；

過載和短路硬件保護；

保護期間所有六個開關(guān)都關(guān)閉；

堅固耐用的柵極驅(qū)動器技術(shù)，對瞬態(tài)和負電壓具有穩(wěn)定性；

輔助 5V 電源；

與標(biāo)準示波器探頭兼容的測量測試點；和

RoHS 合規(guī)性。

圖 6：Eval-M5-E1B1245N-SiC 的頂視圖（詳情見表 1）（圖片：Infineon Technologies）

該板的尺寸為 259 × 204 × 1.6 mm，有四個電氣層，每個電氣層都有 35 μm 的銅。圖 6 顯示了電路板的詳細信息，如表 1 中所述。為了獲得輸出電流的準確測量和對稱的過流檢測，必須調(diào)整模擬信號的偏移電壓（圖 7）。基本電路板布局可分為四個子類別：轉(zhuǎn)換器的輸入電路、輔助電源、功率級和測量。輸入電路配有兩個 NTC 電阻，可限制浪涌電流。

表 1：圖 6 的詳細信息

圖 7：偏移調(diào)整的相關(guān)部件（圖片：Infineon Technologies）

所有電源電壓均由反激式轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，由 DC-BUS 提供。供電電路由英飛凌 ICE5QSAG 控制 IC 實現(xiàn)。電源電壓通過基本絕緣與 DC-BUS 電位隔離（圖 8）。

圖 8：輔助電源（圖片：Infineon Technologies）

反激式轉(zhuǎn)換器旨在產(chǎn)生三個電壓電平：17.6、15 和 6V。15V 電源電壓主要用于 MOSFET 驅(qū)動器的電源電路。來自該電壓的 –5 V 電源電壓來自用于電路板模擬電路負電源的線性穩(wěn)壓器。正模擬電源直接連接到 +6V 電源。該電壓指南還用于為穩(wěn)壓器和過流閾值生成生成 +5 V。

功率級原理圖如圖 9 所示。 FS45R12M1W1_B11 六組電源模塊的三相引腳連接到一個薄膜電容器和四個陶瓷電容器。在每一相，輸出電流由分流電阻器測量。分流電壓由電流隔離的 delta-sigma DAC 測量。二階低通濾波器以大約 6.5 kHz 的帶寬執(zhí)行轉(zhuǎn)換。對于偏移調(diào)整，可以通過 R5564 電位計為所有三個電流調(diào)整低通濾波器的參考電壓。

圖 9：功率級原理圖（圖片：Infineon Technologies）

審核編輯：劉清