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什么是米勒钳位?为什么碳化硅MOSFET特别需要米勒钳位?

已有 112 次阅读| 2024-12-30 14:04 |个人分类:碳化硅功率半导体|系统分类:硬件设计

《什么是米勒钳位?为什么碳化硅MOSFET特别需要米勒钳位?》后反响热烈,很多朋友留言询问课件资料。今天,我们将这期视频的图文讲义奉上,方便大家更详尽地了解在驱动碳化硅MOSFET时采用米勒钳位功能的必要性。


封面图.png

01 什么是米勒现象


- 在桥式电路中,功率器件会发生米勒现象,它是指当一个开关管在开通瞬间,使对管的门极电压出现快速升高的现象。


- 该现象广泛存在于功率器件中,包括IGBT、Si MOSFET、SiC MOSFET。


- 原理分析:当下管Q2保持关闭,在上管Q1开通瞬间,桥臂中点电压快速上升,桥臂中点dv/dt的水平,取决于上管Q1的开通速度。该dv/dt会驱动下管Q2的栅漏间的寄生电容Cgd流过米勒电流Igd;Igd=Cgd*(dv/dt),dv/dt越大,米勒电流Igd越大。


- 米勒电流Igd(红色线)的路径:Cgd→Rgoff→T4 →负电源轨,产生左负右正的电压。


- Vgs=Igd*Rgoff+负电源轨,这个电压叠加在功率器件门极,Vgs会被抬高,当门极电压超过Vgsth,将会使Q2出现误开通,从而造成直通现象。


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02 如何反制米勒现象


- 使用门极电压的负压进行负偏置,使负压足够“负”。


- 提高器件门极的门槛电压(设计选型时选高Vgsth的器件)。


Rgoff数值减小(Rgoff是米勒现象影响程度的主要贡献者之一,数值越大,米勒现象越糟糕)。


- 减慢功率器件的开通速度。


- 使用米勒钳位功能。



03 IGBT与SiC MOSFET对于米勒钳位的需求


以下表格为硅IGBT/ MOSFET和碳化硅MOSFET的具体参数和性能数值对比。

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驱动芯片的米勒钳位脚(Clamp)直接连接到SiC MOSFET的门极,米勒电流Igd(红色线)会流经Cgd→Clamp脚→T5到负电源轨,形成了一条更低阻抗的门极电荷泄放回路。


- 驱动芯片内部比较器的翻转电压阈值为2V(参考负轨),在SiC MOSFET关断期间,当门极电压低于-2V(负轨为-4V)时,内部比较器翻转,MOSFET (T5)被打开, 使得门极以更低阻抗拉到负电源轨,从而保证SiC MOSFET达到抑制误开通的效果。



04 米勒钳位作用//双脉冲平台实测对比

测试条件:上管VGS=0V/+18V,下管VGS=0V;VDS=800V;ID=40A;Rg=8.2Ω;Lload=200uH;Ta=25℃

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无米勒钳位

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有米勒钳位

结论

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测试条件:上管VGS=-4V/+18V,下管VGS=-4V;VDS=800V;ID=40A;Rg=8.2Ω;Lload=20uH;Ta=25℃

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无米勒钳位

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有米勒钳位

结论

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05 单通道带米勒钳位隔离驱动BTD5350Mx系列介绍

产品特性


专门用于驱动SiC MOSFET的门极驱动芯片


副方驱动器带米勒钳位功能脚Clamp


驱动器输出峰值电流可达10A


驱动器电源全电压高达33V


副方驱动器电源欠压保护点: 8V/11V


封装类型: SOW-8(宽体)/SOP-8(窄体)


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典型应用


工业电源


锂电池化成设备


商业空调


通信电源


光伏储能一体机


焊机电源


06 双通道带米勒钳位隔离驱动BTD25350xx

产品特性


专门用于驱动SiC MOSFET的门极驱动芯片


原方带使能禁用脚DIS,死区时间设置脚DT


副方驱动器带米勒钳位功能脚Clamp


驱动器输出峰值电流可达10A


驱动器电源全电压高达33V


原副方封装爬电间距大于8.5mm,绝缘电压可以5000Vrms


副方两驱动器爬电间距大于3mm,支持母线工作电压VDC=1850V


副方驱动器电源欠压保护点:8V/11V


封装类型: SOW-18

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应用方向


充电桩中后级LLC用SiC MOSFET 方案


光伏储能BUCK-BOOST中SiC MOSFET方案


高频APF,用两电平的三相全桥SiC MOSFET方案


空调压缩机三相全桥SiC MOSFET方案


OBC后级LLC中的SiC MOSFET方案


服务器交流侧图腾柱PFC高频臂GaN或者SiC方案



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