ZHCABN2 February   2022 UCC14240-Q1

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1 引言
    1. 1.1 引脚配置和功能
  4. 2 三相牵引逆变器
  5. 3 栅极驱动偏置要求
    1. 3.1 栅极驱动偏置架构
    2. 3.2 IGBT 与 SiC
    3. 3.3 确定所需偏置电源
    4. 3.4 输入电压要求
    5. 3.5 输出电压要求
  6. 4 单路正隔离式输出电压
  7. 5 双路正负输出电压
  8. 6 双路正输出电压
  9. 7 电容器选型
  10. 8 RLIM 限流电阻器
    1. 8.1 RLIM 功能描述
    2. 8.2 RLIM 双路输出配置
      1. 8.2.1 CVEE 高于标称值且 CVDD 低于标称值
      2. 8.2.2 CVEE 低于标称值且 CVDD 高于标称值
      3. 8.2.3 栅极驱动器静态电流：IQ_VEE > IQ_VDD
      4. 8.2.4 栅极驱动器静态电流：IQ_VEE < IQ_VDD
      5. 8.2.5 CVEE 高于标称值且 CVDD 低于标称值：IQ_VEE > IQ_VDD
      6. 8.2.6 CVEE 低于标称值且 CVDD 高于标称值：IQ_VEE < IQ_VDD
    3. 8.3 RLIM 单路输出配置
  11. 9 UCC14240-Q1 Excel 设计计算器工具
  12. 10散热注意事项
    1. 10.1 热阻
    2. 10.2 结至顶部热特性参数
    3. 10.3 热性能测量和 TJ 计算示例
  13. 11使能 (ENA) 和电源正常引脚 (/PG)
  14. 12PCB 布局布线注意事项
  15. 13参考设计示例
  16. 14总结
  17. 15参考文献

3.5 输出电压要求

IGBT 和 SiC MOSFET 之间的另一个重要区别是它们的 ID (IC) 与 VDS (VCE) 输出特性。图 3-2 中的左侧曲线显示了 SiC MOSFET 的 ID 与 VDS，而右侧曲线描绘了 IGBT 的 IC 与 VCE。两者都是 1.2kV 额定器件。


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图 3-2 1200V，100A，SiC 与 IGBT，VI 特征

IGBT 曲线在线性区域斜率较大，而在饱和区域斜率几乎为零。线性区域、欧姆区域和饱和区域之间的切换是非常明显，因此对于任何大于阈值电压 VCE(th) 的集电极-发射极电压，IGBT 表现为电压控制的电流源。

相反，与 IGBT 相比，SiC 曲线没有明确的线性区域或饱和区域，并且 ID 与 VGS 的变化要小得多。因此，SiC MOSFET 被认为是低增益或中等增益器件，其特点是 RDS(ON) 持续下降直至漏源击穿电压。因此，最好以尽可能接近其击穿电压的正 VGS 开启 SiC MOSFET。例如，考虑两个工作点 VGS1 和 VGS2，如图 3-2 的 SiC IV 曲线中突出显示。

Equation6. R D S 1 = V G S 1 I D = 2.2   V 100   A = 22   m Ω ,   ( V G S 1 = 15   V )  
Equation7. R D S 2 = V G S 2 I D = 2.9   V 100   A = 29   m Ω ,   ( V G S 2 = 13   V )

比较两个工作点显示，当 VGS2=13V 与 VGS1=15V 相比，导通时 RDS(ON) 增加了 32%，相应的传导损耗高出 1.32 倍。这种行为意味着 SiC 更像是压控电阻器。应严格调节 VDD 导通偏置电源，以允许在尽可能接近 15V 的电压下运行。

一些 SiC MOSFET 制造商建议 VDD 精度为 5% ，但在牵引逆变器应用中，设计人员往往要求 VDD 精度为 3% 甚至 1.5%。无论是使用电源模块还是分布式反激式转换器等分立式设计，实现如此高的调节精度都可能很困难，通常需要使用低压降 (LDO) 线性稳压器进行额外的后置稳压。优于 1.3% 的电压调节是 UCC14240-Q1 的关键特性之一，使其非常适合将 SiC MOSFET 增强至最低 RDS(ON)，而无需 LDO 或分立的后置稳压电路。

IGBTs 和 SiC MOSFET 之间的另一项显著区别是 VGS(th) (VCE(th)) 导通阈值电压。对于图 3-2 中所示的两个器件，这在每个图表的右下角都有说明。SiC MOSFET 具有较低的最小 VGS(th)，能以高 dV/dt 进行开关，使其更容易受到半桥配置中 dV/dt 感应导通的影响。在这种情况下，半桥的低侧 MOSFET（例如牵引逆变器中使用的 MOSFET）会在 VGS 命令其处于关闭状态时无意中导通。避免这种情况的一种方法是在关断期间施加负电压，以提供额外的裕度来防范低 VGS(th)。UCC14240-Q1 提供开关电容器电压以产生稳定的负 VEE 电压，从而可靠地关断 SiC 和 IGBT 晶体管开关。这是栅极驱动器偏置解决方案的必要组成部分，可确保 SiC 或 IGBT 模块在恶劣的汽车环境中的稳健性。