一文解析无芯变压器栅极驱动器

功率器件在工业和汽车系统的设计中起着决定性的作用。为了满足这些应用的特定要求并缩短上市时间，ROHM使用专有的微制造工艺来开发无核片上变压器，以实现稳健的隔离，这对SiC技术尤其有用。碳化硅已被引入工业和汽车市场的广泛应用中，包括太阳能逆变器，所有类型的高压电源和汽车车载电池充电器。

图1：无芯变压器技术[来源：ROHM Semiconductor]

“我们所有的栅极驱动器均基于无芯变压器技术，” ROHM Semiconductor Americas应用工程师Mitch Van Ochten说。他继续说：“如图1的上图所示，它们的制造方式是内部有三个独立的平板。左侧是低压部分，硅与您的DSP或微控制器相连。低压部分的工作电压为5伏，但是如果您使用的是3.3V的微型电源，则它将接受3.3伏信号。然后在中心是拥有无铁芯变压器技术的我们的岛屿。这些变压器的结构如图1所示。它们的铜线圈初级和次级约十匝，绝缘子二氧化硅与石英非常相似。

碳化硅

电子电源电路的实现使系统更小，更轻，同时也为提高能源效率提供了基础。

过去，碳化硅功率开关器件提出了许多挑战，这些挑战是传统电源系统中可以接受的。在碳化硅的早期，价格很高，而且收益仍然有限。直到最近，尽管成本仍然很高，但许多公司仍专注于太阳能功率调节以及真正受益于碳化硅的其他一些功率转换应用。随着新技术的出现，性能和成本不断提高。现在价格已经急剧下降，电动汽车市场正朝着碳化硅果断地迈进，使该技术成为大批量主流应用。

“显然，这就是我们进行大量研发工作的地方，并创造了许多新产品。我们的第四代SiC MOSFET将会真正满足汽车行业的需求，并通过专门针对汽车应用调整和增强的最新沟槽技术，超越某些碳化硅市场。”美洲地区总裁David Uze说道。

SiC MOSFET的正向传导状态中不存在少数电荷载流子，而SiC体二极管的超低反向恢复电荷（Qrr）可减少开关损耗并提高系统的工作频率。这些优点导致无源元件的减少，并因此导致系统的尺寸和重量的减少。SiC的导热系数是硅的三倍，因此系统具有较低的冷却要求。

第四代碳化硅MOSFET基于双沟槽技术。与新型芯片的当前MOSFET相比，它的导通电阻（Rds（ON））降低了约40％，并且由于采用了新型MOSFET器件的电容设计，开关损耗显着降低了25％到40％以上。这些还包括降低了来自人体怀疑反向恢复过程的反向恢复电流，这也意味着在开关期间寄生导通的最小风险。

电源电路设计人员还将发现在半桥配置下的开关过程中反向恢复电流大大降低，这归因于CGD/ C的提高，在高dv / dt速度下没有MOSFET的寄生导通。第四代芯片设计中内置了GS电容比。

门极驱动器

随着串式逆变器取代中央逆变器，电力电子领域（尤其是功率转换领域）的效率不断提高。过渡使电动汽车可以更快地充电，并支持相关的电动汽车系统，例如牵引逆变器和运动控制。为了使电源能够提供更高的功率水平，同时占用更少的电路板空间，必须增加集成度。共模瞬变抗扰度（CMTI）是一个重要参数，也是决定栅极驱动器鲁棒性的关键因素。较高的CMTI值意味着隔离式栅极驱动器可用于具有高开关频率的应用中。

BM6112FV-C是ROHM Semiconductor的最新解决方案。它是一款隔离驱动器，具有3750 VRMS的隔离电压，150 ns的I / O延迟时间，并集成了各种功能，包括故障信号输出，就绪信号输出，欠压锁定（UVLO），短路保护（SCP），主动的米勒钳制，输出状态反馈（OSFB）和温度监控器功能。

“这是我们电流最大的栅极驱动器，我们相信是业界电流最大的驱动器之一，在许多情况下，这种高电流消除了在栅极驱动器和功率器件之间放置缓冲级的需要，并且还包括一个有源米勒钳位，有助于防止桥的另一半错误开启。它的其他功能之一是温度监控器。因此，此方法的工作方式是电源模块本身通常将包含一个NTC热敏电阻，或者您可以使用串联二极管串，并监视电源设备的温度，然后将该信号带到次级端，在此我们对其进行更改进入PWM，然后我们通过隔离变压器耦合回初级。然后，在您的软件中，您的DSP或微控制器会测量PWM并解释该温度以了解底板温度，以便您采取适当的措施来加快冷却速度或限制占空比，无论您需要采取什么措施来保持受控状态。我们还包括一种称为输出状态反馈的安全功能。” Mitch Van Ochten说。

该栅极驱动器具有两个隔离类别：2500 VRMS和3750 VRMS。每个部件在该隔离电压下测试60秒。“我们认为这种无芯变压器技术优于其他两种常见方法。我们保证所有部件在一次侧和二次侧之间都能承受每微秒100 kV的共模电压。这大约是某些光隔离驱动器提供的两倍。” Mitch说。

电子系统继续为汽车应用中引入的新功能做出贡献。对于必须满足严格的CMTI要求的所有解决方案，无芯变压器技术都非常有趣。无芯变压器技术非常强大，可以轻松地与创新的数字控制功能结合使用。