工業(yè)領(lǐng)域的磁耦驅動(dòng)新技術(shù)

　　近兩年來(lái)，碳化硅材料(Silicon Carbride, SIC)進(jìn)入應用領(lǐng)域。SIC半導體具有寬禁帶，高擊穿電場(chǎng)，高飽和漂移速度和高熱導率的優(yōu)異特性正在推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域對功率設備在功率密度方面的革命。使用SIC MOSFET替代IGBT可以提高功率管開(kāi)關(guān)頻率，從而降低功率設備中感性元件以及容性原件的體積。使功率設備的體積減小到原來(lái)不可思議的地步。但是更高的頻率，更高的功率密度，要求周邊器件也能適應更高的工作頻率，在更寬的溫度范圍以保證穩定的工作狀態(tài)。ROHM在SIC發(fā)展最初階段提出了可應用SIC產(chǎn)品使用的磁耦驅動(dòng)產(chǎn)品，及時(shí)滿(mǎn)足了SIC MOSFET的驅動(dòng)和通訊的絕緣要求。

ROHM半導體(上海)有限公司設計中心經(jīng)理 顧偉俊

　　磁耦技術(shù)源自成熟的隔離變壓器驅動(dòng)技術(shù)，通過(guò)將微觀(guān)級的無(wú)磁芯線(xiàn)圈埋置于芯片封裝內，提高了電路集成度，并保證了產(chǎn)品性能的穩定。

　　芯片級磁耦的結構：

　　磁耦的特性：

　　1. 磁耦沒(méi)有性能衰減

　　相對于現有光電耦合和電容耦合，磁耦沒(méi)有老化的風(fēng)險。

　　2. 磁耦溫漂很小

　　相對于現有光電耦合和電容耦合，磁耦合產(chǎn)品更適合在大功率密度的產(chǎn)品中應用。

　　ROHM公司推出的系列磁耦驅動(dòng)芯片從輸入信號到驅動(dòng)功率輸出，信號最大延時(shí)誤差約130nS。該性能基本滿(mǎn)足了客戶(hù)開(kāi)發(fā)200KHz以?xún)鹊墓β兽D換設備。相對于現在普遍采用的IGBT 在20kHz的工作頻率，開(kāi)發(fā)同功率產(chǎn)品的體積重量可以得到明顯的改善。

　　同時(shí)針對高頻驅動(dòng)，在電路上通過(guò)將功率電源與信號分開(kāi)傳輸，滿(mǎn)足了高頻方案的要求。

　　如下圖：

圖1 傳統隔離變壓器電路和分立器件組成驅動(dòng)原理圖

圖2 磁耦隔離驅動(dòng)原理圖

　　從圖1和圖2對比可以發(fā)現，傳統的隔離變壓器技術(shù)同時(shí)傳遞控制邏輯信號和功率電源。似乎效率非常高。但是在SIC應用場(chǎng)合，由于控制頻率可以從6kHz-200kHz(SICMOSFET可以對應MHz的開(kāi)關(guān)頻率)，在如此寬的頻率變化范圍，變壓器對功率傳遞的效率會(huì )有很大的變化，造成的結果是被動(dòng)傳輸的條件下輸出驅動(dòng)電壓會(huì )有很大的波動(dòng)。這對現階段的SIC MOSFET的非常敏感的Gate驅動(dòng)電壓范圍是非常致命的。參考圖3.當驅動(dòng)電壓下降時(shí)，SIC MOSFET的內阻會(huì )急劇增加，可想而知，產(chǎn)品效率會(huì )受到很大的影響。

圖3 SIC MOSFET Module On-resistance Vs. Vgs

　　而磁耦驅動(dòng)通過(guò)獨立的信號傳輸及可控制的功率傳輸，避免了功率轉換設備在不同頻率下的效率波動(dòng)。適用于高頻率的能量轉換。

　　同時(shí)針對于新的SICMOSFET應用，ROHM設計的磁耦輸出電壓范圍從原來(lái)的最大輸出電壓+20V提高到+30V耐壓。SIC MOSFET要求Gate驅動(dòng)電壓接近20V。而SI工藝的SI 或者IGBT驅動(dòng)電壓僅要求大于12V。

　　ROHM的磁耦產(chǎn)品系列：