工業領域的磁耦驅動新技術

　　近兩年來，碳化硅材料(Silicon Carbride, SIC)進入應用領域。SIC半導體具有寬禁帶，高擊穿電場，高飽和漂移速度和高熱導率的優異特性正在推動工業領域對功率設備在功率密度方面的革命。使用SIC MOSFET替代IGBT可以提高功率管開關頻率，從而降低功率設備中感性元件以及容性原件的體積。使功率設備的體積減小到原來不可思議的地步。但是更高的頻率，更高的功率密度，要求周邊器件也能適應更高的工作頻率，在更寬的溫度范圍以保證穩定的工作狀態。ROHM在SIC發展最初階段提出了可應用SIC產品使用的磁耦驅動產品，及時滿足了SIC MOSFET的驅動和通訊的絕緣要求。

ROHM半導體(上海)有限公司設計中心經理 顧偉俊

　　磁耦技術源自成熟的隔離變壓器驅動技術，通過將微觀級的無磁芯線圈埋置于芯片封裝內，提高了電路集成度，并保證了產品性能的穩定。

　　芯片級磁耦的結構：

　　磁耦的特性：

　　1. 磁耦沒有性能衰減

　　相對于現有光電耦合和電容耦合，磁耦沒有老化的風險。

　　2. 磁耦溫漂很小

　　相對于現有光電耦合和電容耦合，磁耦合產品更適合在大功率密度的產品中應用。

　　ROHM公司推出的系列磁耦驅動芯片從輸入信號到驅動功率輸出，信號最大延時誤差約130nS。該性能基本滿足了客戶開發200KHz以內的功率轉換設備。相對于現在普遍采用的IGBT 在20kHz的工作頻率，開發同功率產品的體積重量可以得到明顯的改善。

　　同時針對高頻驅動，在電路上通過將功率電源與信號分開傳輸，滿足了高頻方案的要求。

　　如下圖：

圖1 傳統隔離變壓器電路和分立器件組成驅動原理圖

圖2 磁耦隔離驅動原理圖

　　從圖1和圖2對比可以發現，傳統的隔離變壓器技術同時傳遞控制邏輯信號和功率電源。似乎效率非常高。但是在SIC應用場合，由于控制頻率可以從6kHz-200kHz(SICMOSFET可以對應MHz的開關頻率)，在如此寬的頻率變化范圍，變壓器對功率傳遞的效率會有很大的變化，造成的結果是被動傳輸的條件下輸出驅動電壓會有很大的波動。這對現階段的SIC MOSFET的非常敏感的Gate驅動電壓范圍是非常致命的。參考圖3.當驅動電壓下降時，SIC MOSFET的內阻會急劇增加，可想而知，產品效率會受到很大的影響。

圖3 SIC MOSFET Module On-resistance Vs. Vgs

　　而磁耦驅動通過獨立的信號傳輸及可控制的功率傳輸，避免了功率轉換設備在不同頻率下的效率波動。適用于高頻率的能量轉換。

　　同時針對于新的SICMOSFET應用，ROHM設計的磁耦輸出電壓范圍從原來的最大輸出電壓+20V提高到+30V耐壓。SIC MOSFET要求Gate驅動電壓接近20V。而SI工藝的SI 或者IGBT驅動電壓僅要求大于12V。

　　ROHM的磁耦產品系列：