工業(yè)領(lǐng)域的磁耦驅(qū)動(dòng)新技術(shù)

　　近兩年來(lái)，碳化硅材料(Silicon Carbride, SIC)進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域。SIC半導(dǎo)體具有寬禁帶，高擊穿電場(chǎng)，高飽和漂移速度和高熱導(dǎo)率的優(yōu)異特性正在推動(dòng)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(kāi)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(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(yīng)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(yīng)用SIC產(chǎn)品使用的磁耦驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，及時(shí)滿足了SIC MOSFET的驅(qū)動(dòng)和通訊的絕緣要求。

ROHM半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計(jì)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(dòng)技術(shù)，通過(guò)將微觀級(jí)的無(wú)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(jí)磁耦的結(jié)構(gòu)：

　　磁耦的特性：

　　1. 磁耦沒(méi)有性能衰減

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

　　2. 磁耦溫漂很小

　　相對(duì)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(yīng)用。

　　ROHM公司推出的系列磁耦驅(qū)動(dòng)芯片從輸入信號(hào)到驅(qū)動(dòng)功率輸出，信號(hào)最大延時(shí)誤差約130nS。該性能基本滿足了客戶開(kāi)發(fā)200KHz以內(nèi)的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。相對(duì)于現(xiàn)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(duì)高頻驅(qū)動(dòng)，在電路上通過(guò)將功率電源與信號(hào)分開(kāi)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(dòng)原理圖

圖2 磁耦隔離驅(qū)動(dòng)原理圖

　　從圖1和圖2對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的隔離變壓器技術(shù)同時(shí)傳遞控制邏輯信號(hào)和功率電源。似乎效率非常高。但是在SIC應(yīng)用場(chǎng)合，由于控制頻率可以從6kHz-200kHz(SICMOSFET可以對(duì)應(yīng)MHz的開(kāi)關(guān)頻率)，在如此寬的頻率變化范圍，變壓器對(duì)功率傳遞的效率會(huì)有很大的變化，造成的結(jié)果是被動(dòng)傳輸?shù)臈l件下輸出驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)有很大的波動(dòng)。這對(duì)現(xiàn)階段的SIC MOSFET的非常敏感的Gate驅(qū)動(dòng)電壓范圍是非常致命的。參考圖3.當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓下降時(shí)，SIC MOSFET的內(nèi)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(qū)動(dòng)通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)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(dòng)。適用于高頻率的能量轉(zhuǎn)換。

　　同時(shí)針對(duì)于新的SICMOSFET應(yīng)用，ROHM設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)電壓接近20V。而SI工藝的SI 或者IGBT驅(qū)動(dòng)電壓僅要求大于12V。

　　ROHM的磁耦產(chǎn)品系列：