高可靠性SiC MOSFET驱动电路的设计

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随着汽车电子、电力电子产品市场的发展,功率开关器件及其驱动芯片市场的需求日渐扩大。而电子设备的体积逐代减小、应用环境越来越苛刻,其对功率开关器件及其驱动芯片的性能要求也在日益提高,这主要体现在对更高效、更高功率密度、更高可靠性的要求,而第三代功率半导体中SiC器件因其高速、高功率密度、耐高温等特性被广大厂商所青睐。SiC功率MOSFET的高速、高工作电压、大工作电流决定着其驱动芯片需要具有完备的保护功能,防止SiC功率MOSFET因非理想外界因素而失效。SiC功率MOSFET驱动技术的核心问题主要在于提高SiC功率MOSFET的抗dv/dt能力(即当功率管漏端的dv/dt变化通过密勒电容耦合到功率管栅极时,对该耦合的抑制能力)、对SiC功率MOSFET的瞬态及稳态驱动能力以及对SiC功率MOSFET的异常状态保护能力等。以上核心技术可在汽车电子、工业电子高压高频应用中得以体现。本文针对上述核心技术提出了动态密勒钳位电路以及负压关断功能,所述电路在SiC功率MOSFET功率管直流电压为1200V的情况下,实现150V/ns以上的抗dv/dt能力;提出了双浮动电源轨电路,在驱动芯片供电电压为-8V至20V的情况下,产生-3V的负浮动电源轨与15V的正浮动电源轨,实现对薄栅氧MOSFET的驱动,避免使用厚栅氧器件,从而保证了4A的大电流驱动能力、1n F负载电容下低至8ns的瞬态延时以及低至20ns的传输延时;提出了完备的欠压保护功能,包括1V迟滞窗口且欠压点可片外配置的芯片母线欠压保护功能以及内部模块电源欠压保护功能;提出了过温保护功能,实现了150°C触发的过温保护,迟滞窗口为25°C,从而保证硅基的驱动芯片不会因高温而失效;提出了过流保护功能,实现了520ns的前沿消隐功能且过流点可片外配置。以上所述功能皆为片内集成,且整体芯片搭载了基准、低压差线性调整器、电流偏置、片内集成负压电荷泵。驱动芯片在0.35μm BCD工艺下完成芯片电路设计、仿真验证并给出芯片版图设计,仿真结果显示驱动芯片传输延时、瞬态驱动延时、及峰值驱动电流均达到理论设计值,满足SiC功率MOSFET的驱动要求。
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