Однако эта область является относительно новой, и «правильный» способ управления такими устройствами еще предстоит установить.
На выставке ISSCC 2023 Тайваньский национальный университет имени Ян Мин Цзяо Тунг представил свою версию изолированного привода затворов верхнего и нижнего плеча для 1700-вольтовых SiC-мосфетов с использованием совместно упакованного кристалла из кремния и нитрида галлия, соединенных парами высоковольтных конденсаторов. Его задержка распространения составляет всего 7 нс.
Емкостный привод нуждается в модуляции на стороне передачи и демодуляции на стороне приема, а также должен быть в состоянии противостоять переходным процессам со стороны MOSFET, которые могут достигать> 100 кВ/мкс и> 10 кА/мкс, согласно презентации ISSCC, которые толкают синфазная энергия прорывается обратно через двойные конденсаторы, потенциально нарушая передачу данных.
Инновации в драйвере начинаются с конденсаторов (левый), которые дают драйверу класс изоляции 20 кВ.
Каждый из двух дифференциальных конденсаторов в изолированных дорожках фактически представляет собой два конденсатора, соединенных последовательно соединительным проводом: один сформирован в верхних металлических слоях кремниевой передающей микросхемы, а другой - в верхних слоях приемной микросхемы GaN-on-SoI. Каждый из них имеет толстый (20 мкм) верхний оксидный слой под окончательной металлизацией, чтобы обеспечить конденсаторам высокое номинальное напряжение.
Модуляция на передающем конце представляет собой включение-выключение дополнительных сигналов 1,6 ГГц.
На дальнем конце емкостной линии трансимпедансный усилитель принимает токи, а быстрый компаратор декодирует ШИМ-сигнал.
Чтобы уменьшить искажение сигнала из-за синфазных переходных процессов, возвращающихся через конденсатор, активные детекторы переходных процессов в трансимпедансном усилителе запускают балансировочные токи для противодействия влиянию переходных процессов на усилитель. В результате при 25°C устойчивость достигает 260 кВ/мкс для положительных переходных процессов и 200 кВ/мкс для отрицательных, повышаясь до 282 кВ/мкс и 211 кВ мкс при 225°C соответственно.
Все активные компоненты GaN-ИС выполнены из хемтов, поэтому дополнительные схемы невозможны. Вместо этого все схемы являются типами активной нагрузки, с широко используемыми дифференциальными схемами, построенными из комбинации трех типов транзисторов: 12-вольтовые и 30-вольтовые хемты расширения и 12-вольтовые хемты режима истощения.
На основе этих транзисторов были разработаны просеиватели уровня для преобразования выходных сигналов компаратора в сигналы, которые могут простираться от верхней части бутстрапа верхнего плеча до нижней части отрицательного напряжения Vee, необходимого для полного отключения SiC-транзисторов при их быстром переключении.
Вместо того, чтобы нуждаться во внешнем отрицательном источнике питания для Vee, в регулятор уровня встроен зарядовый насос, который генерирует локальное отрицательное напряжение цикл за циклом с синхронизацией, соответствующей выходному каскаду.
Для направления SiC-транзисторов через их плато Миллера доступны три различных управляющих тока для управления затворами, которые активно переключаются путем отслеживания формы сигнала затвора на высокой скорости.
Национальный университет Ян Мин Цзяо Тунг работал с Chip-GaN Power Semiconductor и Realtek Semiconductor.
Документ ISSCC 2023 20.1 Драйвер затвора GaN-on-SoI с высокой устойчивостью к синфазным помехам для силового ключа SiC с высоким dV/dt.
Диаграммы выше скопированы из статьи 20.1 Сборника статей ISSCC 2023.
Международная конференция IEEE по твердотельным схемам, ежегодно проводимая в Сан-Франциско, представляет собой (и, возможно, «лучшую») мировую выставку аналоговых, цифровых и радиочастотных схем на базе интегральных схем. Это дает возможность инженерам по проектированию интегральных схем и схем поддерживать техническую актуальность и общаться с экспертами.
Читать полную новость на сайте
