วิธีเลือกไดรเวอร์เกทที่เหมาะสมสำหรับ SiC MOSFET . ของคุณ

ซิลิคอน-คาร์ไบด์ (SiC) มอสเฟต ได้รุกล้ำเข้าสู่อำนาจอย่างมีนัยสำคัญ สารกึ่งตัวนำ อุตสาหกรรมด้วยคุณประโยชน์มากมายเหนือสวิตช์ที่ใช้ซิลิกอน ซึ่งรวมถึงการสวิตชิ่งที่เร็วขึ้น ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น สูงขึ้น แรงดันไฟฟ้า การทำงานและอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งส่งผลให้มีการออกแบบที่เล็กลงและเบาลง สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาค้นหาบ้านในยานยนต์และอุตสาหกรรมต่างๆ แต่อุปกรณ์แบบ Wide bandgap (WBG) เช่น SiC ยังทำให้เกิดความท้าทายในการออกแบบ รวมถึงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ความร้อนสูงเกินไป และสภาวะแรงดันไฟเกิน ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการเลือกไดรเวอร์เกทที่เหมาะสม

เนื่องจากตัวขับเกตถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์ไฟฟ้า จึงเป็นส่วนสำคัญของปริศนาด้านกำลัง วิธีหนึ่งที่จะรับประกันการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้ SiC รวมถึงการพิจารณาตัวเลือกไดรเวอร์เกทของคุณอย่างรอบคอบก่อน ในขณะเดียวกัน ก็ต้องพิจารณาข้อกำหนดที่สำคัญของการออกแบบของคุณอย่างละเอียด – ประสิทธิภาพ ความหนาแน่น และแน่นอน ต้นทุน – เนื่องจากมีการแลกเปลี่ยนอยู่เสมอ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน

แม้จะมีประโยชน์โดยธรรมชาติของ SiC การกำหนดราคายังคงเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ หากคุณดู SiC กับซิลิกอนโดยเปรียบเทียบชิ้นส่วน มันจะมีราคาแพงกว่าและยากที่จะพิสูจน์ เว้นแต่นักออกแบบจะพิจารณาต้นทุนโซลูชันทั้งหมดตามกำลัง IC ผู้ผลิต

อันดับแรกเรามาพูดถึงการใช้งาน ประโยชน์ และข้อเสียของ SiC กับ MOSFET ซิลิคอนหรือ IGBTส. SiC FET มีความต้านทานออนที่ต่ำกว่า (เนื่องจากแรงดันพังทลายที่สูงขึ้น) ความเร็วความอิ่มตัวสูงเพื่อการสลับที่เร็วขึ้น และพลังงาน bandgap ที่สูงขึ้น 3 เท่า ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิทางแยกสูงขึ้นเพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้น และ 3 เท่าการนำความร้อนที่สูงขึ้น ซึ่ง แปลเป็นความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น

มีข้อตกลงในอุตสาหกรรมว่า Si MOSFET แรงดันต่ำและ GaN เล่นในช่วง <700-V และสูงกว่านั้นคือจุดที่ SiC เข้ามาเล่นโดยมีการทับซ้อนกันเล็กน้อยในช่วงพลังงานที่ต่ำกว่า

SiC ส่วนใหญ่จะมาแทนที่แอปพลิเคชันประเภท IGBT ซิลิคอนที่มีแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 600 V และสูงกว่า 3.3 kW และยิ่งกว่านั้นที่ประมาณ 11 kW ซึ่งเป็นจุดที่น่าสนใจสำหรับ SiC มากกว่าจริงๆ ซึ่งหมายถึงการทำงานด้วยไฟฟ้าแรงสูง การสูญเสียสวิตช์ต่ำ และสูงกว่า ร็อบ เวเบอร์ ผู้อำนวยการสายผลิตภัณฑ์ ไดรเวอร์เกตดิจิทัล (AgileSwitch) การจัดการพลังงานและการแยกส่วนจากไมโครชิพ กล่าว เทคโนโลยี.

สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้ฟิลเตอร์และพาสซีฟที่มีขนาดเล็กลง และลดความจำเป็นในการระบายความร้อน เขากล่าว “เรากำลังพูดถึงประโยชน์ระดับระบบเมื่อเทียบกับ IGBT ซึ่งท้ายที่สุดก็คือการลดขนาด ต้นทุน และน้ำหนัก

“จากมุมมองการสูญเสีย คุณสามารถลดความสูญเสียได้มากถึง 70 เปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น ที่ความถี่สวิตชิ่ง 30-kHz และนั่นเป็นผลมาจากคุณสมบัติที่แตกต่างบางประการของซิลิกอนคาร์ไบด์ในแง่ของสนามสลาย ความอิ่มตัวของอิเล็กตรอน ความเร็ว พลังงาน bandgap และการนำความร้อน” Weber กล่าว

เกณฑ์มาตรฐานที่วิศวกรมองว่าคือประสิทธิภาพ ซึ่งส่งผลให้มีระดับของการปรับปรุง แต่อีกสิ่งหนึ่งที่เกิดขึ้นใน SiC มากขึ้นเรื่อยๆ คือประโยชน์ระดับระบบเหนือ IGBT กล่าว Weber กล่าว

“ด้วยซิลิกอนคาร์ไบด์ คุณสามารถดำเนินการด้วยความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้น ซึ่งช่วยให้คุณมีส่วนประกอบภายนอกที่มีขนาดเล็กกว่าซึ่งล้อมรอบขั้นตอนกำลังไฟฟ้าในทันที เช่น ตัวกรอง ซึ่งเป็นอุปกรณ์แม่เหล็กขนาดใหญ่และหนัก ทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นหรือทำงานเย็นลงเนื่องจากการสูญเสียสวิตชิ่งที่ต่ำกว่า แทนที่ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวด้วยระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ และลดขนาดของแผงระบายความร้อน” เขาอธิบาย

การลดขนาดและน้ำหนักของส่วนประกอบนี้ ซึ่งแปลเป็นต้นทุนที่ต่ำลง หมายความว่า SiC ไปไกลกว่าการได้รับประสิทธิภาพที่ดีขึ้น เขากล่าว

อย่างไรก็ตาม ในการเปรียบเทียบราคาแบบชิ้นส่วนต่อชิ้นส่วน SiC ยังคงมีราคาแพงกว่า IGBT ที่ใช้ซิลิคอนแบบเดิม “ซีซี โมดูล จะมีราคาสูงกว่าจากผู้ผลิตทุกราย แต่เมื่อคุณดูที่ระบบทั้งหมด ต้นทุนของระบบ SiC จะลดลง” เวเบอร์กล่าว

ในตัวอย่างที่ Weber แบ่งปัน ลูกค้ารายหนึ่งสามารถบรรลุการลดต้นทุนระบบลงได้ XNUMX% เมื่อใช้ SiC MOSFET.

เมื่อผู้ออกแบบตัดสินใจเปลี่ยนมาใช้ SiC แล้ว พวกเขาก็ต้องพิจารณาถึงข้อดีข้อเสียด้วย พลัง สารกึ่งตัวนำ ผู้ผลิตยอมรับว่ามี "ผลกระทบรอง" เช่น สัญญาณรบกวน EMI และแรงดันไฟฟ้าเกินที่ต้องจัดการ

"เมื่อคุณเปลี่ยนอุปกรณ์เหล่านี้เร็วขึ้น คุณอาจสร้างเสียงรบกวนมากขึ้นซึ่งจะแปลเป็น EMI" Weber กล่าว “นอกจากนี้ ในขณะที่ SiC นั้นยอดเยี่ยมสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า แต่ก็แข็งแกร่งน้อยกว่า IGBT มากสำหรับระยะสั้นวงจรไฟฟ้า และคุณได้รับความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นคุณจะได้รับสภาวะแรงดันไฟเกิน ซึ่งทำให้นักออกแบบบางคนใช้อุปกรณ์ SiC ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถควบคุมแรงดันไฟเกินได้ดียิ่งขึ้นและความร้อนสูงเกินไป”

นี่คือจุดที่การเลือกไดรเวอร์เกทมีบทบาทสำคัญ SiC มีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับคุณลักษณะต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้า การป้องกันการลัดวงจรอย่างรวดเร็ว และภูมิคุ้มกัน dv/dt สูง

การเลือกไดรเวอร์เกท SiC

เมื่อพูดถึงการเลือกไดรเวอร์เกทที่เหมาะสมสำหรับสวิตช์ SiC ต้องใช้แนวคิดใหม่ในการคิดเกี่ยวกับโซลูชันด้านพลังงานเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอน ประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณา ได้แก่ โทโพโลยี แรงดันไฟฟ้า อคติ และคุณลักษณะการตรวจสอบและการป้องกัน

การเลือกตัวขับเกตมีความสำคัญ และในอดีตก็เป็นเรื่องปกติที่จะใช้วิธีการตามลำดับในการเลือกตัวขับเกต Weber กล่าว “ก่อนที่จะมี SiC คุณจะต้องเลือก IGBT ก่อน จากนั้นจึงเลือกเกตไดรเวอร์ รองลงมาคือบัสบาร์และ capacitorฯลฯ” เวเบอร์กล่าว “มันเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง คุณต้องดูโซลูชันแบบองค์รวมทั้งหมดที่คุณกำลังสร้างและข้อดีข้อเสียเหล่านั้นในทุกขั้นตอน แทนที่จะพิจารณาแนวทางตามลำดับที่คุณมีกับ IGBT มันเป็นการศึกษาสำหรับลูกค้าจำนวนมาก”

นอกจากนี้ยังมีตัวขับเกตที่หลากหลายสำหรับ SiC ที่มีคุณสมบัติและการผสานรวม (และราคา) ที่กำหนดเป้าหมายการออกแบบที่เรียบง่ายไปจนถึงซับซ้อนมากขึ้น

ตัวอย่างเช่น Analog Devices Inc. (ADI) จะจัดระเบียบไดรเวอร์เกทตามคลาส - ฟังก์ชันพื้นฐาน "การป้องกัน" ด้วยคุณสมบัติการป้องกัน เช่น การป้องกันกระแสเกินและการตรวจจับข้อผิดพลาด และความสามารถในการกำหนดค่าที่ตั้งโปรแกรมได้เต็มรูปแบบ ตัวขับเกตแบบแยกของ ADI นั้นใช้เทคโนโลยีการแยก iCoupler ของบริษัท รวมกับ CMOS ความเร็วสูงและเทคโนโลยีหม้อแปลงเสาหิน ซึ่งให้การหน่วงเวลาในการแพร่กระจายที่ต่ำเป็นพิเศษโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพการคุ้มกันชั่วคราวของโหมดทั่วไป (CMTI) ตามข้อมูลของบริษัท ADI ยังเสนอผลงานของบอร์ดประเมินผลและการออกแบบอ้างอิงซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์

Lazlo Balogh หัวหน้าฝ่ายวิศวกรรมระบบ ไฟฟ้าแรงสูง Texas Instruments Inc. กล่าว โทโพโลยี ระดับพลังงาน การป้องกันและความปลอดภัยในการใช้งาน และการสร้างอุปกรณ์ SiC ที่ใช้งานอยู่จะเป็นตัวกำหนดประเภทของไดรเวอร์ที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชัน

ตัวอย่างเช่น ไดรเวอร์ที่ไม่แยกตัวซึ่งอาจต้องใช้วงจรพิเศษจำนวนมาก นั้นดีสำหรับการใช้งานที่ง่ายกว่า ซึ่งไม่จำเป็นต้องรวมทุกอย่างไว้ในไดรเวอร์ เขากล่าว

นอกจากนี้ยังมีไดรเวอร์แยกที่สามารถจัดการกับอคติเชิงลบและปัญหาการแยกตัว แต่ยังต้องมีการตรวจสอบบางอย่างในระบบ จนถึงอุปกรณ์ที่มีการบูรณาการเพิ่มเติม เช่น วงจรตรวจสอบและป้องกัน และความปลอดภัยในการใช้งานสำหรับการใช้งานยานยนต์ เขากล่าวเสริม

“รายการตรวจสอบสำหรับการปรับใช้ SiC อย่างถูกวิธีคือการดูที่โทโพโลยีและอุปกรณ์ประเภทใดที่คุณต้องขับเคลื่อน จากนั้นจึงเลือกไดรเวอร์เกท เพิ่มประสิทธิภาพอคติ ค้นหาว่าต้องการการป้องกันแบบใด จากนั้นจึงปรับเลย์เอาต์ให้เหมาะสม” บาโลจกล่าว

จากมุมมองของคนขับ มันมีอคติที่ถูกต้อง ดังนั้น ความสามารถด้านแรงดันไฟที่เหมาะสม ไม่ว่าคุณจะต้องการตัวขับเกตแบบแยกหรือแบบไม่แยก การป้องกันจำเป็นแค่ไหน ซึ่งเชื่อมโยงกับระดับการรวม [สำหรับการป้องกันและความปลอดภัย] หรืออย่างไร เขาเสริมว่าจำเป็นต้องมีวงจรพิเศษมาก

สิ่งหนึ่งที่ขัดขวาง SiC เล็กน้อยคือการตระหนักว่าเนื่องจากความเร็วในการสวิตชิ่งที่สูงขึ้น จึงต้องใส่ลงในแพ็คเกจที่ขจัดความเหนี่ยวนำของแหล่งกำเนิด ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะทำด้วยการเชื่อมต่อแหล่งเคลวิน Balogh กล่าว . “การเหนี่ยวนำแหล่งที่มาอาจเป็นสิ่งที่น่ารังเกียจและทำให้เกิดเสียงกริ่งและการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติม เพราะมันจะทำให้การดำเนินการเปลี่ยนช้าลง”

“นี่คือจุดที่วิศวกรเลย์เอาต์กลายเป็นเพื่อนที่ดีที่สุดของคุณ เพราะคุณต้องดูที่เลย์เอาต์จริงๆ เพื่อลดเสียงเรียกเข้าและปรับให้เหมาะสมสำหรับการสลับความเร็วสูง” Balogh กล่าว ซึ่งรวมถึงการลดขนาดการเหนี่ยวนำการติดตามและการแยกเกตลูปออกจากลูปกำลังและการบายพาสที่เหมาะสม [ของเส้นทางกระแสสลับและย่านความถี่กว้าง] โดยการเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสม เขากล่าวเสริม

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเชื่อมต่อไดรเวอร์กับสวิตช์ Balogh กล่าว คุณต้องเชื่อมต่อกราวด์ของไดรเวอร์โดยตรงกับแหล่งที่มาของสวิตช์ไฟ เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำที่หลงทางซึ่งสามารถเพิ่มความสูญเสียของสวิตชิ่งได้ เขากล่าว

Texas Instruments เสนอแผง/การออกแบบอ้างอิงจำนวนหนึ่งที่ทำให้ลูกค้าเข้าใกล้ความต้องการด้านประสิทธิภาพมากขึ้น มีข้อแลกเปลี่ยนเพียงเล็กน้อยเสมอ และ TI สามารถช่วยให้พวกเขาปรับการออกแบบให้เหมาะสมตามความต้องการได้ เช่น หากพวกเขาต้องการประสิทธิภาพสูงสุดที่โหลดเต็มที่ Balogh กล่าว คำแนะนำของเขา: อ่านบันทึกการใช้งานและติดต่อวิศวกรแอปพลิเคชันหากคุณมีข้อกังวลใดๆ ในการขับรถ WBG

TI นำเสนอไดรเวอร์เกท Si และ IGBT ที่หลากหลาย รวมถึง UCC21710, UCC21732 และ UCC21750 เหล่านี้เป็นไดรเวอร์เกทแยกพร้อมคุณสมบัติการป้องกันและการตรวจจับแบบบูรณาการ อุปกรณ์นี้ให้เวลาในการตรวจจับที่รวดเร็วเพื่อป้องกันเหตุการณ์กระแสเกิน ในขณะเดียวกันก็รับประกันการปิดระบบอย่างปลอดภัย

Mladen Ivankovic วิศวกรแอปพลิเคชันระดับภูมิภาคของ Infineon Technologies กล่าวเมื่อเลือก SiC MOSFET คำถามสำคัญแรกที่ถามคือ 'ฉันจำเป็นต้องขับรถแบบขั้วเดียวหรือสองขั้ว' สำหรับส่วนประกอบนั้น

มีไดรเวอร์ที่รวดเร็วและแข็งแกร่งในตลาดที่สามารถขับเคลื่อนทั้ง Si และ SiC ได้ แต่สิ่งที่ผู้คนต้องระมัดระวังเมื่อย้ายจาก Si ไปยัง SiC คือวิธีที่คุณขับมันเพราะซิลิคอนถูกขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าทั่วไปที่ 12 โวลต์ Ivankovic กล่าว . “คุณกำลังใช้ 12-V ในการเปิดเครื่อง และใช้ 0 V เพื่อปิด ดังนั้นช่วงแรงดันไฟฟ้าปกติสำหรับไดรเวอร์ที่ขับส่วนประกอบซิลิกอนหรือ MOSFETs ซูเปอร์จังก์ชั่น คือ 0 ถึง 12 โวลต์ และนั่นคือทั่วกระดานจากซัพพลายเออร์ส่วนประกอบซิลิกอนใดๆ เขาเพิ่ม.

ในทางกลับกัน อุปกรณ์ SiC จากผู้ขายหลายรายจะมีแรงดันไฟฟ้าเปิด/ปิดต่างกัน มี SiC MOSFET ในตลาดเช่นที่ต้องการ +15 V เพื่อเปิดใช้งานและ -4 V เพื่อปิดหรือ +20 V สำหรับการเปิดและ -2 หรือ -5 V สำหรับการเปิดปิด Ivankovic กล่าวว่า. “สิ่งนี้ต้องการไดรเวอร์ที่ช่วยให้สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าบวกและลบได้”

แต่ด้วย Infineon SiC คุณจะต้องมีช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างขึ้นเท่านั้น เขากล่าว “ดังนั้น แทนที่จะเป็น 0 ถึง 12 V คุณจะต้องขับมันด้วย 0 ถึง 18 V และคุณสามารถใช้ไดรเวอร์เดียวกันกับที่ใช้สำหรับ Si หรือ SiC ได้”

ดังนั้นคุณต้องระมัดระวังว่าคุณต้องการไดรเวอร์เกทแบบขั้วเดียวหรือคุณต้องการทั้งค่าบวกและค่าลบเพื่อขับเคลื่อนส่วนประกอบอย่างถูกต้อง Ivankovic กล่าว

เมื่อเร็วๆ นี้ Infineon ได้เปิดตัวไอซีไดรเวอร์เกทเกท EiceDRIVER X3 Enhanced (1ED34xx) และดิจิตอล (1ED38xx) สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม ทั้งสองตระกูลได้รับการออกแบบมาสำหรับ IGBT รวมถึง Si และ SiC MOSFET ในแพ็คเกจแบบแยกและโมดูล 1ED34xx ให้เวลาตัวกรอง desaturation ที่ปรับได้และกระแสไฟปิดที่นุ่มนวลพร้อมตัวต้านทานภายนอก และ 1ED38xx ให้การกำหนดค่า I2C สำหรับพารามิเตอร์หลายตัว รวมถึงฟังก์ชั่นการควบคุมและการป้องกันที่ปรับได้ เช่น การป้องกันการลัดวงจร การปิดอ่อน การล็อคแรงดันไฟต่ำ แคลมป์มิลเลอร์ , การปิดอุณหภูมิเกิน และการปิดสองระดับ (TLTO)

การพิจารณาไดรเวอร์เกทอีกประการหนึ่งคือความสามารถสูงสุดในปัจจุบัน ตามที่ Eric Benedict วิศวกรอาวุโสด้านแอปพลิเคชันของ ADI ซึ่งเขาได้กล่าวถึงในการสัมมนาผ่านเว็บเกี่ยวกับเซสชันการฝึกอบรมกับ Wolfspeed “เหตุใดจึงเป็นคุณสมบัติสำคัญในการขับเคลื่อนสวิตช์? ในกรณีส่วนใหญ่จะลดประสิทธิภาพลงในรูปแบบของการสูญเสียสวิตชิ่งที่ลดลง เพื่อให้การเปลี่ยนผ่านสมบูรณ์ ประตูจำเป็นต้องส่งประจุไฟฟ้าที่เพียงพอไปยังเกตเพื่อให้สวิตช์เปิดเต็มที่ การเพิ่มความเร็วในการเปลี่ยนหมายถึงการส่งประจุนี้เร็วขึ้น และเนื่องจากกระแสไฟเป็นประจุเทียบกับเวลา การสลับที่เร็วขึ้นหมายถึงกระแสไฟของเกทไดรฟ์มากขึ้น ดังนั้นกระแสสูงสุดของไดรฟ์จะถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าของเกตในความต้านทานทั้งหมดในลูปเกต”

ข้อแม้ของเบเนดิกต์เมื่อดูเอกสารข้อมูลคือ ผู้ผลิตรายงานกระแสเอาต์พุตของไดรเวอร์เกทตามเงื่อนไขการทดสอบที่แตกต่างกัน “บางตัวระบุกระแสที่ดึงออกมาระหว่างพัลส์ไฟฟ้าลัดวงจรที่คุณลัดวงจรเอาต์พุตในขณะที่บางตัวใช้กระแสที่วัดเมื่อคุณมีความต้านทานเกทที่เหมือนจริงที่มีอยู่ ดังนั้นคุณจึงต้องระวังเมื่อเปรียบเทียบข้อมูลจำเพาะจากอุปกรณ์ต่างๆ ”

ประเด็นสำคัญบางส่วนที่กล่าวถึงในเซสชั่นการฝึกอบรม ได้แก่ ความสำคัญของการเลือกไดรเวอร์เกทที่มีความสามารถในการขับเคลื่อนที่เพียงพอเพื่อใช้ประโยชน์จากความถี่สวิตชิ่งเพื่อลดความสูญเสีย ให้ภูมิคุ้มกันที่เหมาะสมกับทรานเซียนโหมดทั่วไปโดยเน้นที่เลย์เอาต์ มันถูกปรับให้เหมาะกับ SiC เช่น การลดขนาดปรสิต และเข้าใจว่าการลดความอิ่มตัวหรือการป้องกันการลัดวงจรไฟฟ้านั้นแตกต่างจาก IGBT

ไดรเวอร์ประตูดิจิตอลที่กำหนดค่าได้

ผู้ผลิต IC กำลังไฟฟ้าชั้นนำหลายรายได้พัฒนาเทคโนโลยีและโซลูชันไดรเวอร์เกท SiC ที่ไม่ซ้ำใครเพื่อจัดการกับผลกระทบรองบางส่วน รวมทั้งเพื่อเพิ่มประโยชน์สูงสุดจากการเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยี WBG

ตัวอย่างเช่น ไมโครชิปใช้แนวทางดิจิทัลด้วยไดรเวอร์ AgileSwitch ซึ่งรวมถึงเทคนิคพิเศษที่เรียกว่า “Augmented Switching” องค์ประกอบสำคัญของเทคนิคนี้คือการเปิด/ปิดที่กำหนดค่าได้ โดยมีขั้นตอนต่างๆ ที่ควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้าและเวลาในระดับแรงดันไฟฟ้าเหล่านั้น ซึ่งช่วยให้นักออกแบบสามารถกำหนดค่าโปรไฟล์การเปิด/ปิดแบบดิจิทัลผ่านซอฟต์แวร์ โดยไม่จำเป็นต้องทำการเปลี่ยนแปลงในฮาร์ดแวร์ เทคนิคนี้ยังรวมถึงระดับเพิ่มเติมของการตรวจจับการตรวจสอบข้อผิดพลาดและการตอบสนองของไฟฟ้าลัดวงจร

ไมโครชิปอ้างว่ามีการปรับปรุงที่สำคัญ: การสูญเสียสวิตชิ่งลดลงสูงสุด 50 เปอร์เซ็นต์ และแรงดันไฟเกินที่ลดลง 80 เปอร์เซ็นต์

"วิธีการแบบอะนาล็อกแบบดั้งเดิมนั้นดีสำหรับสวิตช์ซิลิกอน ซึ่งผลกระทบรองเหล่านี้ไม่ได้เป็นปัญหาในการขับเคลื่อน IGBT ที่ช้า แต่ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสัตว์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง" เวเบอร์กล่าว

หนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของเทคโนโลยีการขับประตูแบบดิจิตอลคือการปกป้องสภาวะไฟฟ้าลัดวงจรอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงตอบสนองในลักษณะที่ปลอดภัย Weber กล่าว

ไมโครชิปเพิ่งเปิดตัวไดรเวอร์เกทดิจิตอลรุ่นที่ 2 ซึ่งเพิ่มระดับการควบคุมใหม่ให้กับอุปกรณ์รุ่นแรก สามารถใช้ไดรเวอร์เกทที่กำหนดค่าได้กับ SiC MOSFET ของซัพพลายเออร์

ความแตกต่างใน MOSFETs นั้นเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าในการเปิดและปิด ดังนั้นความสามารถในการตั้งโปรแกรมระดับแรงดันไฟฟ้า +/- แม้ว่าบริษัทจะมีแรงดันไฟฟ้าบวกและลบที่แตกต่างกัน สิ่งเหล่านี้สามารถกำหนดค่าได้ผ่าน คนขับเกท เวเบอร์กล่าว

Weber กล่าวว่าลูกค้าสามารถลดรอบการพัฒนาและเวลาในการพัฒนาได้ถึงหกเดือน “แนวคิดที่ว่าคุณสามารถใช้ซอฟต์แวร์เพื่อทำสิ่งที่คุณเคยทำกับปืนบัดกรีหรือการหมุนบอร์ดใหม่นั้นเป็นความคิดที่แตกต่างออกไป แต่คุณทราบดีว่าลูกค้าที่เริ่มนำไปใช้แล้ว พวกเขามองว่ามันเปลี่ยนเกมได้”

เขายังตั้งข้อสังเกตอีกว่าช่วยให้ลูกค้ามีความยืดหยุ่นมากขึ้นโดยเฉพาะในช่วงเวลาที่ความท้าทายในห่วงโซ่อุปทาน “บริษัทต่างๆ จะสามารถเคลื่อนย้ายระหว่างซัพพลายเออร์ได้เมื่อมีอุปทาน”

ไมโครชิปใช้ IC ไดรเวอร์เกทดิจิตอล ASD2 ในชุดผลิตภัณฑ์บอร์ดไดรเวอร์เกท ซึ่งเรียกว่าคอร์ไดรเวอร์เกท – อุปกรณ์ฮาล์ฟบริดจ์ที่มีไดรเวอร์เกทของพาวเวอร์ซัพพลายที่มีไมโครโปรเซสเซอร์ และระดับของการกำหนดค่าและการควบคุมบางระดับ บริษัทยังสนับสนุนความเข้ากันได้ทั่วทั้งอุตสาหกรรมกับกลุ่มผลิตภัณฑ์บอร์ดอะแดปเตอร์หรือการ์ดลูกสาว ซึ่งช่วยให้สามารถใช้โมดูลมาตรฐานอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ ที่ทั้งไมโครชิปและคู่แข่งมีให้

โปรแกรมควบคุมประตูดิจิตอลยังช่วยให้นักออกแบบสามารถเพิ่มประสิทธิภาพ MOSFET สำหรับแอปพลิเคชันในปัจจุบัน แทนที่จะปรับให้เหมาะสมเป็นเวลาห้าหรือ 10 ปีเพื่อพิจารณาถึงการเสื่อมสภาพของสวิตช์เมื่อเวลาผ่านไปหรือการใช้งาน

“ด้วยไดรเวอร์ของเรา สิ่งหนึ่งที่ลูกค้ากำลังมองหาและสนใจคือความสามารถในการปรับให้เหมาะสมสำหรับ MOSFET ในปัจจุบัน ด้วยแนวคิดที่ว่าเมื่อเวลาผ่านไปหาก MOSFET เสื่อมคุณภาพ พวกเขาสามารถเปลี่ยนการตั้งค่าเพื่อปรับให้เหมาะสมรอบ ๆ MOSFET ได้ ด้วยวิธีนี้ พวกเขาได้รับประสิทธิภาพจากระบบมากขึ้นในวันนี้ และไม่ทิ้งประสิทธิภาพนั้นโดยการออกแบบสำหรับกรณีที่เลวร้ายที่สุดในอนาคต” เวเบอร์กล่าว

สิ่งนี้สามารถทำได้ในโซลูชันแอนะล็อกและมีหลายวิธีที่จะไปถึงจุดนั้นได้เสมอ แต่สิ่งที่เป็นต้นทุน การแลกเปลี่ยน และเวลาที่ใช้ในการพัฒนาโซลูชัน เขากล่าวเสริม

การใช้ไดรเวอร์มาตรฐาน

ซัพพลายเออร์ยอมรับว่าเป็นไปได้ที่จะใช้ไดรเวอร์มาตรฐานเพื่อควบคุมอุปกรณ์ SiC แต่พวกเขาต้องตัดสินใจเกี่ยวกับขนาดของการแลกเปลี่ยน และการแลกเปลี่ยนนั้นมักจะนำมาซึ่งวงจรเพิ่มเติมหรืออุปกรณ์ภายนอกที่ใหญ่กว่า ตัวอย่างเช่น วิธีหนึ่งในการลดเสียงกริ่งและแรงดันไฟเกินเมื่อใช้ไดรเวอร์มาตรฐานคือ การเพิ่มขนาดของเกท ตัวต้านทาน.

Balogh ตั้งข้อสังเกตถึงปัญหาอื่น ๆ ที่ต้องพิจารณา เช่น ฟังก์ชันการป้องกัน การล็อกเอาต์แรงดันไฟต่ำ การทำงานด้วยความถี่ที่สูงขึ้น การสลับที่เร็วขึ้น และจุดร้อนบนแม่พิมพ์ ซึ่งอาจส่งผลต่อการสูญเสียพลังงาน EMI และขนาด

นอกจากนี้ วงจรพิเศษมักจะใช้พื้นที่มากกว่าโซลูชันแบบรวมและ SiC เฉพาะ ดังนั้นจึงมีข้อเสียอยู่มากมาย และด้วยเหตุนี้ การออกแบบระดับไฮเอนด์จึงเลือกใช้ไดรเวอร์หลัก SiC เฉพาะ ซึ่งคำนึงถึงสิ่งต่างๆ เช่น การสลับที่เร็วขึ้น สภาวะแรงดันไฟเกิน และปัญหาเกี่ยวกับเสียงและ EMI เขากล่าว

“คุณสามารถใช้ไดรเวอร์เกทมาตรฐานได้เสมอ แต่คุณต้องเสริมมันด้วยวงจรเพิ่มเติม และมักจะเป็นการแลกเปลี่ยน” Balogh กล่าว

ตัวอย่างเช่น สำหรับการออกแบบที่มีความหนาแน่นกำลังสูงขนาดเล็ก สามารถใช้ไดรเวอร์เกทแบบมาตรฐานในแพ็คเกจ SOT23 ได้ Balogh กล่าว ไดรเวอร์ที่ไม่แยกออกมาใช้ไม่ได้โดยตรง แต่สามารถทำได้และผู้คนจำนวนมากใช้เส้นทางนี้ เขากล่าว

เกี่ยวกับ Analog DevicesInc.Infineon TechnologiesเทคโนโลยีไมโครชิปTexas Instruments