【導讀】功率器件在工業和汽車系統的設計中起著決定性的作用。為了滿足這些應用的特定要求并縮短上市時間，ROHM使用專有的微制造工藝來開發無核片上變壓器，以實現穩健的隔離，這對SiC技術尤其有用。碳化硅已被引入工業和汽車市場的廣泛應用中，包括太陽能逆變器，所有類型的高壓電源和汽車車載電池充電器。
功率器件在工業和汽車系統的設計中起著決定性的作用。為了滿足這些應用的特定要求并縮短上市時間，ROHM使用專有的微制造工藝來開發無核片上變壓器，以實現穩健的隔離，這對SiC技術尤其有用。碳化硅已被引入工業和汽車市場的廣泛應用中，包括太陽能逆變器，所有類型的高壓電源和汽車車載電池充電器。
圖1：無芯變壓器技術[來源：ROHM Semiconductor]
“我們所有的柵極驅動器均基于無芯變壓器技術，” ROHM Semiconductor Americas應用工程師Mitch Van Ochten說。他繼續說：“如圖1的上圖所示，它們的制造方式是內部有三個獨立的平板。左側是低壓部分，硅與您的DSP或微控制器相連。低壓部分的工作電壓為5伏，但是如果您使用的是3.3V的微型電源，則它將接受3.3伏信號。然后在中心是擁有無鐵芯變壓器技術的我們的島嶼。這些變壓器的結構如圖1所示。它們的銅線圈初級和次級約十匝，絕緣子二氧化硅與石英非常相似。
碳化硅
電子電源電路的實現使系統更小，更輕，同時也為提高能源效率提供了基礎。
過去，碳化硅功率開關器件提出了許多挑戰，這些挑戰是傳統電源系統中可以接受的。在碳化硅的早期，價格很高，而且收益仍然有限。直到最近，盡管成本仍然很高，但許多公司仍專注于太陽能功率調節以及真正受益于碳化硅的其他一些功率轉換應用。隨著新技術的出現，性能和成本不斷提高。現在價格已經急劇下降，電動汽車市場正朝著碳化硅果斷地邁進，使該技術成為大批量主流應用。
“顯然，這就是我們進行大量研發工作的地方，并創造了許多新產品。我們的第四代SiC MOSFET將會真正滿足汽車行業的需求，并通過專門針對汽車應用調整和增強的最新溝槽技術，超越某些碳化硅市場。”美洲地區總裁David Uze說道。
SiC MOSFET的正向傳導狀態中不存在少數電荷載流子，而SiC體二極管的超低反向恢復電荷（Qrr）可減少開關損耗并提高系統的工作頻率。這些優點導致無源元件的減少，并因此導致系統的尺寸和重量的減少。SiC的導熱系數是硅的三倍，因此系統具有較低的冷卻要求。
第四代碳化硅MOSFET基于雙溝槽技術。與新型芯片的當前MOSFET相比，它的導通電阻（Rds（ON））降低了約40％，并且由于采用了新型MOSFET器件的電容設計，開關損耗顯著降低了25％到40％以上。這些還包括降低了來自人體懷疑反向恢復過程的反向恢復電流，這也意味著在開關期間寄生導通的最小風險。
電源電路設計人員還將發現在半橋配置下的開關過程中反向恢復電流大大降低，這歸因于CGD/ C的提高，在高dv / dt速度下沒有MOSFET的寄生導通。第四代芯片設計中內置了GS電容比。
門極驅動器
隨著串式逆變器取代中央逆變器，電力電子領域（尤其是功率轉換領域）的效率不斷提高。過渡使電動汽車可以更快地充電，并支持相關的電動汽車系統，例如牽引逆變器和運動控制。為了使電源能夠提供更高的功率水平，同時占用更少的電路板空間，必須增加集成度。共模瞬變抗擾度（CMTI）是一個重要參數，也是決定柵極驅動器魯棒性的關鍵因素。較高的CMTI值意味著隔離式柵極驅動器可用于具有高開關頻率的應用中。
BM6112FV-C是ROHM Semiconductor的最新解決方案。它是一款隔離驅動器，具有3750 VRMS的隔離電壓，150 ns的I / O延遲時間，并集成了各種功能，包括故障信號輸出，就緒信號輸出，欠壓鎖定（UVLO），短路保護（SCP），主動的米勒鉗制，輸出狀態反饋（OSFB）和溫度監控器功能。
“這是我們電流最大的柵極驅動器，我們相信是業界電流最大的驅動器之一，在許多情況下，這種高電流消除了在柵極驅動器和功率器件之間放置緩沖級的需要，并且還包括一個有源米勒鉗位，有助于防止橋的另一半錯誤開啟。它的其他功能之一是溫度監控器。因此，此方法的工作方式是電源模塊本身通常將包含一個NTC熱敏電阻，或者您可以使用串聯二極管串，并監視電源設備的溫度，然后將該信號帶到次級端，在此我們對其進行更改進入PWM，然后我們通過隔離變壓器耦合回初級。然后，在您的軟件中，您的DSP或微控制器會測量PWM并解釋該溫度以了解底板溫度，以便您采取適當的措施來加快冷卻速度或限制占空比，無論您需要采取什么措施來保持受控狀態。我們還包括一種稱為輸出狀態反饋的安全功能。” Mitch Van Ochten說。
該柵極驅動器具有兩個隔離類別：2500 VRMS和3750 VRMS。每個部件在該隔離電壓下測試60秒。“我們認為這種無芯變壓器技術優于其他兩種常見方法。我們保證所有部件在一次側和二次側之間都能承受每微秒100 kV的共模電壓。這大約是某些光隔離驅動器提供的兩倍。” Mitch說。
電子系統繼續為汽車應用中引入的新功能做出貢獻。對于必須滿足嚴格的CMTI要求的所有解決方案，無芯變壓器技術都非常有趣。無芯變壓器技術非常強大，可以輕松地與創新的數字控制功能結合使用。
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