一、前言:
隨著第三代半導體問世以來,有越來越多SiC (碳化矽)功率元件導入在不同的應用之中,雖然第三代半導體功率元件具有耐高電壓,大電流及切換速度快…..等特性,但在設計驅動電路上亦有需要特別注意的地方。本文係介紹安森美onsemi的SiC Gate Driver IC 應用在Traction Inverter 產品的PCB Layout 建議事項,期能協助讀者順利設計穩定的電路及產品。
二、SiC 驅動IC應用在Traction Inverter 的PCB Layout建議(一 )
如圖一:
b.如果採用內部米勒箝位(Internal Miller Clamping),請將驅動器引腳連接到具有非常低阻抗路徑的閘極,以獲得更好的保護。
c.若應用於半橋模組,上臂SiC功率元件的接地需連接到開關節點(Switch Node),因此閘極驅動器應使用短迴路連接。
二、SiC 驅動IC應用在Traction Inverter 的PCB Layout建議(二)
如圖二、三:
三、驅動電路建議事項(一):用緩衝級Buffer Stage電路增加閘級電流驅動能力
如圖四、五
因SSDC SiC 模組的峰值閘極電流會在 3A 至 15A 之間變化,取決於閘極電阻值。 onsemi SiC Driver IC NCV5700 的峰值電流能力有限 (7.8A),因此要驅動超過 8A 的峰值電流,建議加外部緩衝級。
三、驅動電路建議事項(二):di/dt 引起閘極端子上的高頻雜訊
如圖六、七
如果Source極電感上的 di/dt 為正,會在VDD 和開關之間產生循環電流,此開關引起的高頻雜訊電流將影響閘極電壓。
三、驅動電路建議事項(三):解決di/dt 引起閘極端子上高頻雜訊的方案
如圖八、九。
開關引起的高頻雜訊電流會影響閘極電壓,這可以透過使用如下電路所示的箝位二極體來消除。 箝位二極體可防止短路期間出現高峰值電流。
四、PCB 層間設計建議:
如範例一、二、三
PCB 層間訊號設計對 EMC 性能起著至關重要的作用,每個訊號層都應具有最短迴路路徑。以下PCB 層間設計範例說明。
五、結語:
本文建議的PCB Layout設計係經過驗證得出的結論,但僅供設計參考,實際PCB Layout會視應用產品之機構及尺寸等限制而無法完全複製效果,希望有助於讀者在初次使用onsemi NCV5700 SiC Driver IC時提供有利的設計建議。
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