SiC MOSFETをにするための ゲートドライバのについて AND90063/D
アプリケーションノートでは、ケイ
(SiC) MOSFETのNCP5156xファミリゲートド
ライバのトポロジにする !きを"します。パ ワ ー エ レ ク ト ロ ニ ク ス シ ス テ ムで は 、
SiC MOSFETなどの,しいパワートランジスタの.が
/えており、0ドライバをする1が2てき ました。ゲートドライバは、IGBTやMOSFET を34に56することによって、SiC(ケイ)やGaN(
7ガリウム)
などの9で:される; の スイッチング?やシステムサイズの5BをCたす ようにされています。パワーエレクトロニクス DEのFくのは、すでにパワーコンバータにおいて、MOSFETやIGBTのHユーザです。し
かし、1200 V
および1700 V
のSiC MOSFET
は、パワ ーアプリケーションにおいてIGBT
にKわるL4MなNとなっています。
アプリケーションノートでは、スイッチングO Pを;QにRえ、デバイスのメリットをUVに!
き2すために、?にWじたゲートXYの
;にZ[を\ててしています。
]なデバイスは^のとおりです。
NCP51560
NCP51561 & NCV51561
NCP51563 & NCV51563
SiC MOSFET
とSi MOSFET
にはFくの_[があ ります。しかし、SiC MOSFET
のが`するとして､ゲートaYの56があります。 SiC
MOSFET
はシリコンデバイスよりも、bcゲートXYでのゲートYへのde?がより くなって います。
SiC MOSFET
は、SiC MOSFET
よりもVgs
のaがfく、gなターンオンがijするkl があるため、 いmのゲートXY(+20-V)と、
によっては-2-V〜-6-VnoののオフゲートY
を1とします。pについてはqrs[1]をqt してください。uvに、;QゲートXwをxyにまとめます｡
z{のSi MOSFETドライバと|}に、ターンオン とターンオフに いピークをして､C GS
と
C GD
の!をく/
させます。 SiC MOSFETのR DS(on)
はSi MOSFETよりもQさく なります。これらはRDS(on)
とスイッチング?を するために、"-
5 V
から20 V
の いゲートYでXされます。 SiC MOSFET
のゲートドラ イバは、;QRDS(on)
と; ターンオフ?を#し、
dV/dt $lを4Lするために、 SiC MOSFET
のオン/
オフにそれぞれ20 V
〜22 V
およびB -5 Vをする1があります。 SiC MOSFET
のボディダイオードは、Y%vがい (
B4 V)
、キャリアのがくなり ます。また、Si MOSFET
にべて?が&にく、'!も!です。
2スイッチング(dI/dt)はSiC MOSFETの がSi MOSFET
よりもかなりきく、これはDC
バ スのリンギングEMI
、2ステージのOPに(をぼします。
fインダクタンスのパッケージをすると、ソ ースインダクタンスの)による(が* さ れます。また、¡でコパッケージを¢+するの もよいでしょう。pについてはqrs [2]
をqtしてください。PWMB
ENA
CONTROLLER PWMA
GND
To Load HV Rail
16 15 14 13 12 11 INA
INB
ENA / DIS DT VDD
GND
NC NC VCCA OUTA
VCCB VDD VSSA
VDD
VCC RENA
RIN
CIN
RBOOT
DBOOT
CBOOT
CVDD
RGATE
RGS
CDC
APPLICATINS INFORMATION NCP5156xファミリは、ソース/シンクのピーク
がそれぞれ4.5-A/9.0-Aのデュアルチャネル ゲートドライバです。¦を4,し、8-kV Peak と5.7-kV
RMS
のYに$えることができ､->200-V/ns
のコモンモード-¨$l(CMTI)
を©えています。SiC MOSFET
のゲートに する!"SiC MOSFET
ゲートドライバのは、ª«MなIGBT
やシリコンMOSFET
ドライバのとほぼ|じ です。SiC IGBT
のゲートYは"、オフでの-8 V
からオンの+15 V
までのnoでXされます｡SiC MOSFET
の¬、このYはオンでは+18 Vまたは+20 V、オフでは-5 Vとわずかに®
なります。スイッチングアプリケーションでは、¯
°MでないPCBレイアウトに.±する²jインダク タンスのために、 いdi/dtおよびdv/dtを³うスイッ チング´に、パワートランジスタのゲート-ソース
/XYにリンギングがijするおそれがあるた
め、SiC MOSFETのバイアスのゲートXを することが¦くbcされます。+20 VでよりµくSiC MOSFETをXすると、スイ
ッチングOPがR5され､SiCデバイスのサージ¶·が されますが、ゲートにきなYストレ スが¸わり、デバイスの0¹º1lに(をぼす klがあります。シリコンMOSFETやIGBTなどの fデバイスの¬､パワーアプリケーションでは
»2MにバイアスのゲートXがされます。
この¯¼は^の2つです。
ゲートインピーダンス--ゲートドライバの½¾は、OPをf するために
MOSFET
をターンオ ン/
オフ( "は で )
することです。ミラー¿À や'によるfスイッチングに.±するクロス Á"OPを3するために、ドライバはÂÃする トランジスタのオンXよりもfいインピー ダンスでオフをアサートすることが4で す。のゲートXマージンは、これらのOPを f するÅで4な½¾をÀたします。
ソースインダクタンス--これはゲートドライバループと2ループでÆÇされるインダク タンスです。のゲートXYマージンとソー スリードインダクタンスのÈみわせが、'É
5の2のスイッチング?に`É(をÊえ
ます。これはソースインダクタンスのソース 6¿Àによるものです
(
ソースリードインダクタンス は、2スイッチングをゲートドライブにÌし、ゲートXをfする)。
SiC MOSFETアプリケーションの に³い、
ゲートXの¶·は50-V/nsuÅが1です が、Fくはそうではありません。
SiC MOSFET
のゲートドライバ#$;QゲートXwは、fゲインを7Íしながら
¿Îを#することです。 スイッチングによ
り、SiCゲートXにはuvの4なwがせら れます。 dv/dt -¨$l：
ÏÐ?noにおいて50 V/nsu Å。SiC MOSFETは スイッチングと ÑÒX ÓにÔされているため、デバイスÕÇのdv/dt
は シリコンIGBT
で9Öされるaよりもきくなって います。 SiC MOSFET
の×}では、+25
-V/10
-V
のnoØ:で は;
/
; QV GS
は&
 Ùに な り ま す 。SiC
MOSFET
のlÅのメリットを;にÚするには、ゲートX;は35-VのV
GS
ÛÜのほぼÏ noをÝできなければなりません。デバイスの スイッチングに1なゲート'がないため、YÛÜがきくても1なゲートXには
(ありません。
<Vの
SiC MOSFET
は、-5
-V > V GS > 20 V
の noでXすると; のlをiÞします。ßkな
SiC MOSFET
の;もàいnoをカバーするに は 、ゲ ー ト
X ;
はVDD = 25
-V
お よ びVEE = -10-Vに$える1があります。
V GS
のâちÅがりエッジとâちvがりエッジは、
ns
ãの エッジでなければなりません。
ミラープラトー=äÏåで、A
ãの いピーク ゲートをできる1があります。 V GS
がミラープラトーをvるため、シンクによって&にfいインピーダンスのホール
ドダウンまたは｢クランプ｣をÝする1があり ます。シンク¶·は、yにSiC MOSFET
のç!をするのに1なaをÅる1 があります。
スイッチング@èéにVGS > B16-Vのwに
するVDDfYロックアウト(UVLO)レベルをë つ1があります。
スイッチングのためのf²jインダクタンス
SiC MOSFET
のできるだけ:くにABkなQドライバパッケージ
SiC MOSFET
の&'ステージ+バイアス-./に す る!"SiC
のÔlをUVに!き2すには、SiC MOSFET
Õ ÇのXÓÔlをì4に¢+する1があります。ゲ ートドライバは、;Q2インピーダンスで+20
-V
と-2
-V
〜-5
-V
のバイアスをでき、にÂ Wしていることが1です。¯°Mでない
PCB
レイアウトや0いパッケージリ ード(
í：TO−220
やTO−247
タイプのパッケージ)
のた めに²jインダクタンスがjじると、 di/dtおよびdv/dtを³うスイッチング´に、パワートランジス
タのゲート−ソース/XYにリンギングがij するklがあります。このリンギングがaY をCえると、îïしないターンオンやシュートスル ーがijするおそれがあります。このようなリンギングをauvにRえる»2Mなは、ゲート Xにバイアスをð¸することです。のYは、
SiC MOSFET
のノイズ$lをÃÅさせて、îïしないターンオンをR5することができます。ゲート
−
ソース/YがになるとCgd
の!が するた め、リンギングYをfvさせることができます。uvに、のゲートXバイアスを4,するíをい くつか"します。
;ñのíは、
Figure 2
に"すように2
つのバイ アスをいてバイアスをð¸するòです。VHx
がmのX2Y、VLx
がóチャネルののターンオフYをô¶します。このソリューシ
ョンでは、z{のブートストラップíよりもF くのが1ですが、mのVHx
およびのVLx
レ ールYを¶するDのõElがÃÅします。Figure 2. Negative Bias with Two Isolated−Bias Power Supplies
To Load HV Rail
16 15 14 13 12 11 10 VSSB 9
NC NC VCCA OUTA
VCCB OUTB VSSA
CONTROLLER
ENA GND
INA INB
ENA / DIS DT VDD
GND
ANB VDD
VDD PWMB PWMA
VDD
VLA VHA
VLB VHB
Figure 3に、にツェナーダイオードを
して、ゲートドライバをバイアスでターンオ フするøのíを"します。このバイアスはツェナ ーダイオードのYで¶されます。íえば、óチ ャンネルにVHxをした¬、ターン オフYは-5.1-V、ターンオンYは20-V - 5.1-V 15
-V
となります。さらに、このòでは、|じ20
-V
のと®なるツェナーダイオードをし て、xyにバイアスをùúすることができます。このòでは、ハーフブリッジòに2つの
が1ですが、このüは&にyýです。
しかし、¶にR
Zx
からþFがijする 欠[があります。したがって､R Zx
aのNはì4にGう1があります｡ R Zx
はツェナークランプYを 安¶させるために;Q(
í、I Z : 5 mA
〜10 mA)
をすことがbcされます。KHMなbcaは、
SiC MOSFET
アプリケーショ ンでk ﾙのnoです。
DD HV Rail
To Load 16
15 14 13 NC 12 NC VCCA OUTA VSSA
ENA
CONTROLLER
GND
INA INB
ENA / DIS VDD
GND VDD
PWMB PWMA
V
VHA RZA
ZA
0123
SiC MOSFETのÔlをUVにiÞさせるには、SiC MOSFETÕÇのXÓÔlをUVに¢+する1があ
ります。ゲートドライバは、;Q2インピーダン スで
+20
-V
および-2
-V
〜-5
-V
のバイアスをで き、かつにÂWできることが1です。Figure 4. Experimental Waveforms of Negative Bias with Zener Diode on Single Isolated Power Supply
CH1: INPUT [2 V/div], and CH2: OUTPUT [5 V/div]
Figure 5. Experimental Waveforms of Negative Bias with Zener Diode on Single Isolated Power Supply
CH1: INA [2 V/div], CH2: INB [2 V/div], CH3: OUTA [5 V/div], and CH4: OUTB [5 V/div]
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Device Family Description Package
NCP51560xy DWR2G 4.5/9−A Dual Channel Isolated Driver − 5/8/13/17 V UVLO − DIS − pin #7 NC SOIC−WB 16 pins NCP51561xy DWR2G 4.5/9−A Dual Channel Isolated Driver − 5/8/13/17 V UVLO − ENA/DIS SOIC−WB 16 pins NCV51561xy DWR2G Automotive 4.5/9−A Dual Channel Isolated Driver − 5/8/13/17 V UVLO − ENA/DIS SOIC−WB 16 pins NCP51563xy DWR2G 4.5/9−A Dual Channel Isolated Driver − 5/8/13/17 V UVLO − ENA/DIS SOIC−WB 14 pins NCV51563xy DWR2G Automotive 4.5/9−A Dual Channel Isolated Driver − 5/8/13/17 V UVLO − ENA/DIS SOIC−WB 14 pins
4!56
[1] Micro Semiconductor Application note, “Design
Recommendations for SiC MOSFETs” [2] TND6237/D, “SiC MOSFETs: Gate Drive Optimization”, available on onsemi website
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