工業(yè)領(lǐng)域的磁耦驅(qū)動新技術(shù)

　　近兩年來，碳化硅材料(Silicon Carbride, SIC)進入應用領(lǐng)域。SIC半導體具有寬禁帶，高擊穿電場，高飽和漂移速度和高熱導率的優(yōu)異特性正在推動工業(yè)領(lǐng)域?qū)β试O(shè)備在功率密度方面的革命。使用SIC MOSFET替代IGBT可以提高功率管開關(guān)頻率，從而降低功率設(shè)備中感性元件以及容性原件的體積。使功率設(shè)備的體積減小到原來不可思議的地步。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(wěn)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(qū)動產(chǎn)品，及時滿足了SIC MOSFET的驅(qū)動和通訊的絕緣要求。

ROHM半導體(上海)有限公司設(shè)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(qū)動技術(shù)，通過將微觀級的無磁芯線圈埋置于芯片封裝內(nèi)，提高了電路集成度，并保證了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。

　　芯片級磁耦的結(jié)構(gòu)：

　　磁耦的特性：

　　1. 磁耦沒有性能衰減

　　相對于現(xiàn)有光電耦合和電容耦合，磁耦沒有老化的風險。

　　2. 磁耦溫漂很小

　　相對于現(xiàn)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(qū)動芯片從輸入信號到驅(qū)動功率輸出，信號最大延時誤差約130nS。該性能基本滿足了客戶開發(fā)200KHz以內(nèi)的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。相對于現(xiàn)在普遍采用的IGBT 在20kHz的工作頻率，開發(fā)同功率產(chǎn)品的體積重量可以得到明顯的改善。

　　同時針對高頻驅(qū)動，在電路上通過將功率電源與信號分開傳輸，滿足了高頻方案的要求。

　　如下圖：

圖1 傳統(tǒng)隔離變壓器電路和分立器件組成驅(qū)動原理圖

圖2 磁耦隔離驅(qū)動原理圖

　　從圖1和圖2對比可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的隔離變壓器技術(shù)同時傳遞控制邏輯信號和功率電源。似乎效率非常高。但是在SIC應用場合，由于控制頻率可以從6kHz-200kHz(SICMOSFET可以對應MHz的開關(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有很大的變化，造成的結(jié)果是被動傳輸?shù)臈l件下輸出驅(qū)動電壓會有很大的波動。這對現(xiàn)階段的SIC MOSFET的非常敏感的Gate驅(qū)動電壓范圍是非常致命的。參考圖3.當驅(qū)動電壓下降時，SIC MOSFET的內(nèi)阻會急劇增加，可想而知，產(chǎn)品效率會受到很大的影響。

圖3 SIC MOSFET Module On-resistance Vs. Vgs

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

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

　　ROHM的磁耦產(chǎn)品系列：