簡介

大聯(lián)大世平集團(tuán)基于 onsemi 的柵極驅(qū)動器和 SiC 技術(shù)，開發(fā)了一款適用于 800V 車用電空調(diào)壓縮機(jī)的解決方案。在本文中，我將以世平集團(tuán)的 800V e-Compressor SiC 方案為例，深入解析其中采用的安森美(onsemi)柵極驅(qū)動器 NCV57100 的核心特性及其應(yīng)用。

一、柵極驅(qū)動器 NCV57100 特征與參數(shù)

安森美（onsemi）的柵極驅(qū)動器 NCV57100 是一款隔離型單通道 IGBT/SiC 驅(qū)動器，專為高性能應(yīng)用設(shè)計(jì)。該驅(qū)動器集成了多項(xiàng)先進(jìn)功能，包括互補(bǔ)輸入、主動米勒鉗位、過壓與欠壓保護(hù)、Desat 過流保護(hù)，以及 Fault 輸出和 Ready 輸出。此外，它還為 SiC 器件提供了獨(dú)立的高電平（OUTH）和低電平（OUTL）分立輸出功能，進(jìn)一步提升了驅(qū)動的靈活性和可靠性。

1.1 引腳定義 & 參數(shù)

▲ 圖 1.1

VEE2A & VEE2 副邊電源的負(fù)電壓引腳,它們在芯片內(nèi)部是連接在一起的。

DESAT 檢測 SiC 退飽和現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生 Desat 響應(yīng)時(shí)，IN±將進(jìn)入無響應(yīng)狀態(tài)（5us），并進(jìn)行 OUTL 軟關(guān)斷，防止 SiC 過壓擊穿。

GND2 副邊電源的 0V 參考點(diǎn)，與 VEE2、VDD2 的退耦電容選型應(yīng) 100nF + 至少10uF 電容器并聯(lián)。

OUTH 提供 VDD2 電源至 SiC 的柵極，最大灌電流 7A。

VDD2 副邊電源的正電壓引腳。

OUTL 提供 VEE2 電源至 SiC 的柵極，最大拉電流 7A。

CLAMP 米勒鉗位引腳，在 SiC 關(guān)斷期間，當(dāng)柵極超過 VEE2+Vclamp-THR(2V) 時(shí)，CLAMP 引腳開始動作（內(nèi)部 N mos 打開），回流路經(jīng)不再經(jīng)過 OUTL ,在 Layout 時(shí)此引腳應(yīng)短而粗。

GND1 & GND1A 原邊電源的參考地，它們在芯片內(nèi)部是連接在一起的。

IN+ PWM 信號邏輯輸入正，內(nèi)部下拉 50KΩ 電阻。

IN- PWM 信號邏輯輸入負(fù)，內(nèi)部上拉 50kΩ 電阻，IN+、IN- 需提供一對互補(bǔ) PWM 信號。

RDY VDD1&VDD2 電源良好的指示引腳，內(nèi)部開漏并上拉50 kΩ電阻，當(dāng)發(fā)生過欠壓時(shí) RDY 將輸出低，在三相半橋設(shè)計(jì)中可用邏輯與門將6路信號轉(zhuǎn)為1路輸出至 MCU。

FLT 故障輸出引腳，內(nèi)部開漏并上拉 50kΩ 電阻,當(dāng) Deast 發(fā)生響應(yīng)時(shí)，F(xiàn)LT 引腳拉低，在三相半橋設(shè)計(jì)中可用邏輯或門將6路信號轉(zhuǎn)為1路輸出至 MCU。

RST 有兩種功能，第一種，用于使能（拉高）該器件開始工作。第二種，用于測試 Desat 引腳響應(yīng)功能。

VDD1 原邊電源的正電壓引腳（3V 或 5V）, 退耦電容選型應(yīng) 100nF + 至少 1uF 電容器并聯(lián)。

二、世平 E-compressor SiC方案 onsemi NCV57100 柵極驅(qū)動器關(guān)鍵特性應(yīng)用

2.1 VCLAMP米勒鉗位功能 & 原理

米勒鉗位的主要原理是防止功率管的誤導(dǎo)通。以半橋電路為例，下圖2.1 展示了無米勒鉗位和帶米勒鉗位情況下的柵極電壓變化示意圖。

當(dāng)上橋功率管（HS）導(dǎo)通時(shí)，由于電路中存在雜散電感，下橋功率管會受到一定的尖峰電壓過沖影響（序號 ①，dv/dt 斜率越大，尖峰電壓越高）。這種現(xiàn)象通過功率管的米勒電容（Cmiller，序號 ②）產(chǎn)生米勒電流，并流經(jīng)下橋功率管的柵極。

在沒有米勒鉗位功能的柵極驅(qū)動器中，米勒電流的放電路徑是通過柵極電阻（RG）到 OUTL（序號 ③）。這一過程中，米勒電流（Imiller）與柵極電阻（RG）相乘，會在柵極上形成一定的電壓積累，可能導(dǎo)致下橋功率管的誤導(dǎo)通（序號 ④）。

相比之下，帶有 VCLAMP 米勒鉗位功能的柵極驅(qū)動器（如 NCV57100）能夠在下橋功率管關(guān)斷時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測柵極電壓。當(dāng)檢測到柵極電壓超過設(shè)定閾值（VEE + Vclamp_THR）時(shí)，CLAMP 引腳會主動拉低電壓，改變米勒電容的放電路徑，從而將柵極電壓鉗位在一定范圍內(nèi)（序號④）。這種設(shè)計(jì)有效避免了因米勒效應(yīng)引起的誤導(dǎo)通問題，提高了電路的可靠性。

2.1 VCLAMP米勒鉗位功能 & 原理

▲ 圖 2.1

2.2 DESAT 退保和檢測功能 & 原理

用作當(dāng)外部發(fā)生短路（例如相與相短路）時(shí)，為了保護(hù)功率管免于因過流而燒毀的保護(hù)功能。如圖2.2 所示，當(dāng) OUTX 為高電平時(shí)，恒流源 IDESAT_CHG（500μA）開始工作，通過 SiC 形成回路，此時(shí) Cblank 的電荷不會積累。此時(shí)，Cblank 的電壓由以下部分組成：HV 二極管的導(dǎo)通電壓 + (IDESAT_CHG × Rs_DESAT) + (流經(jīng)功率管的 IDS × Rdson)。

當(dāng) SiC 發(fā)生過流短路時(shí)，DS 之間的電壓會迅速升高，恒流源開始對 Cblank 進(jìn)行充電。當(dāng) Cblank 的電壓達(dá)到 DESAT 閾值電壓時(shí)，OUTX 進(jìn)入軟關(guān)斷模式（關(guān)斷電流為 50mA），此時(shí) OUTX 的電壓會緩慢下降（因?yàn)殡s散電感的存在，高 di/dt 可能導(dǎo)致 SiC 過壓擊穿）。

2.2 DESAT 退保和檢測功能 & 原理

▲ 圖 2.2

同時(shí)，我們還可以通過調(diào)節(jié) Rs-DESAT 的阻值來實(shí)現(xiàn)對 SiC 管的提前關(guān)斷保護(hù)。例如，在世平 e-Compressor SiC 方案的測試案例中，通過利用 DESAT 引腳實(shí)現(xiàn)對 SiC 管 70A 峰值電流的保護(hù)，如圖2.3所示。

2.2 DESAT 退保和檢測功能 & 原理

▲ 圖 2.3

三、總結(jié)

在本文中，我們介紹了 onsemi NCV5100 這款柵極驅(qū)動器的特征與參數(shù)，并結(jié)合世平 800V e-Compressor SiC 方案應(yīng)用場景，幫助工程師在設(shè)計(jì) SiC 方案時(shí)選擇最優(yōu)的解決方案，以滿足不同應(yīng)用需求并提升系統(tǒng)性能。

四、參考文獻(xiàn)

(1) Onsemi NCV57100 Datasheet.pdf

歡迎關(guān)注大大通博主：汽車大牛，了解更多汽車相關(guān)應(yīng)用知識！

登錄大大通網(wǎng)站，提問/評論，獲取技術(shù)文檔等更多資訊！