如何使用电流源极驱动器BM60059FV-C驱动SiC MOSFET和IGBT？

　　实验结果：
　　电流源驱动器和传统电压源驱动器板均使用双脉冲测试进行评估。评估了 1200V、100A 分立式 IGBT 和 1200V、55A、40mΩ 碳化硅-MOSFET。两款器件均采用 TO-247-4L 封装，其中包括一个驱动器发射极/源极引脚。两种情况均仅使用单极栅极驱动：IGBT为15V/0V，SiCMOSFET为18V/0V。表 1 显示了使用相应条件执行的测试列表。电压源驱动和电流源驱动在下文中分别称为VSD和CSD。
　　对于所有测试，都使用了主动米勒夹紧功能。对于分析，仅考虑了开启损耗。对功率器件进行了不同负载条件和不同开关速度的评估。图4显示了不同栅极电阻下IGBT和SiC MOSFET的电压源驱动和电流源驱动的dv/dt比较。VSD中的栅极电阻表示为Rg，控制CSD栅极电流的等效电阻表示为R奥特雷夫。
　　从图中可以明显看出，在较慢的开关速度（dv/dt 《 10V/ns）下，CSD 在 SiC MOSFET 和 IGBT 的整个负载范围内保持恒定的 dv/dt，这是传统驱动器无法实现的。对于正常到高开关速度，CSD 和 VSD 的行为类似。这意味着只有强制要求低 dv/dt 的应用才能从 CSD 中受益。
　　
　　（1） 图片由Bodo的电力系统提供
　　
　　（2） 图片由Bodo电力系统提供
　　
　　（3） 图片由博多电力系统提供
　　
　　（4） 图片由Bodo电力系统提供
　　图4.使用IGBT开启CSD（1）、带IGBT的VSD（2）、带SiC的CSD（3）、带SiC的VSD（4）期间的测量结果dv/dt。
　　当前源驱动程序的用例：
　　在电机驱动等应用中，通常将开关电源器件的dv/dt限制为5V/ns。较高的dv/dt最终会损坏电机绕组并导致过早老化。对于工业电机驱动器，基于IGBT的逆变器是常态，IGBT电流源驱动的优势已在［2］中讨论过。另据报道，与基于IGBT的电机驱动器相比，使用具有有限dv/dt的SiC-MOSFET和传统的栅极驱动器可以带来更高的效率［3］。在驱动应用中使用 SiC-MOSFET 的优势可以通过 CSD 进一步利用。
　　
　　（A） 图片由Bodo的电力系统公司提供
　　
　　（B） 图片由Bodo的电力系统提供
　　图5.最大dv/dt限制为5V/ns的导通损耗比较（A：IGBT，B：SiC-MOSFET）。图片由Bodo的电力系统提供
　　因此，分析了四种最大dv/dt为5V/ns的可能解决方案：
　　1. IGBT的电压源驱动
　　2. 碳化硅-MOSFET的电压源驱动
　　3. IGBT的电流源驱动
　　4. 碳化硅-MOSFET的电流源驱动
　　对于1200V、带VSD的100A分立IGBT，需要22Ω的栅极电阻，以将最大dv/dt限制为5V/ns。对于CSD，需要290mA的栅极电流设置（ROUTREF值为6.8 Ω）。对于使用VSD的1200V、55A SiC-MOSFET，需要27Ω的栅极电阻才能将dv/dt限制在5V/ns，对于电流源极驱动器，需要290mA的栅极电流设置（ROUTREF值为6.8 Ω）。图5显示了SiC和IGBT的CSD和VSD的导通能量损耗比较，其中任何负载下的最大dv/dt限制为约5V/ns。
　　对于基于IGBT的解决方案，使用CSD和VSD的导通损耗在低负载（0.5mJ）开始时值大致相似，但在高负载下，使用CSD的损耗降低了22%。同样，对于基于 SiC 的解决方案，CSD 和 VSD 的开启损耗均为 0.25mJ，但在高负载下，使用 CSD 可将损耗降低 26%。综上所述，CSD可以在高负载条件下使用CSD来降低导通损耗，因为它们能够在任何负载下保持恒定的dv/dt。显然，在慢速开关应用中使用 CSD 时，这是一个优势。
　　结论：
　　在传统的栅极驱动器中，栅极电阻用于限制功率半导体的开关速度，换向时的dv/dt与负载电流密切相关。另一方面，使用电流源驱动器可以在整个负载范围内实现恒定的dv/dt。ROHM 的新型隔离式栅极驱动器 BM60059FV-C 在开启时提供此功能。实验验证表明，在高负载范围和低开关速度（《5V/ns）下，SiC-MOSFET或IGBT的电流源驱动与传统方法相比，导通损耗降低了26%。在电机驱动器等应用中，dv/dt 通常限制为 5V/ns，电流源驱动器可提高效率并提供有前途的解决方案。