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博通SiC/GaN柵極驅(qū)動(dòng)器助力綠色能源低碳轉(zhuǎn)型

2024-03-28 16:06:23 李晉

在2024年3月28日的“2024國際綠色能源生態(tài)發(fā)展峰會(huì)”上，博通隔離產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理陳紅雷回顧了博通50年的光耦產(chǎn)品制造能力，并分享了博通應(yīng)用在碳化硅、氮化鎵功率半導(dǎo)體的柵極驅(qū)動(dòng)器(光耦驅(qū)動(dòng)器)及其評(píng)估板和參考設(shè)計(jì)。

光耦用于在控制電路與高壓和功率半導(dǎo)體之間提供增強(qiáng)的電絕緣，抑制高共模噪聲的能力將防止在高頻切換過程中功率半導(dǎo)體的錯(cuò)誤驅(qū)動(dòng)。該類產(chǎn)品廣泛用于電氣隔離、電平轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)電路及工業(yè)通訊中。YKzesmc

與傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體相比，SiC和GaN功率半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)更明顯，它們?cè)诠I(yè)電機(jī)控制、感應(yīng)加熱和工業(yè)電源、可再生能源、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中有突出表現(xiàn)。近年來，SiC和GaN功率半導(dǎo)體的商用速度在加速，驅(qū)動(dòng)SiC和GaN功率半導(dǎo)體的光耦器件的需求也在同步增加。YKzesmc

據(jù)QYR(恒州博智)預(yù)測(cè)：預(yù)計(jì)到2028年，全球光耦市場(chǎng)規(guī)模將提升至29.15億美元，2022-2028年期間的CAGR為5.32%；而中國光耦市場(chǎng)在近幾年在加速成長，2021年市場(chǎng)規(guī)模為5.08億美元，約占全球25.55%，到2028年將提升到8.96億美元，屆時(shí)約占全球的30.74%。YKzesmc

實(shí)際上，光耦是一個(gè)市場(chǎng)集中度非常高的行業(yè)，全球前十大光耦器件供應(yīng)商的銷售額份額占比超過80%，其中全球前三大廠商約占40%的份額，而博通正是全球前三廠商中的一家。YKzesmc

在2024年3月28日的“2024國際綠色能源生態(tài)發(fā)展峰會(huì)”上，博通隔離產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理陳紅雷回顧了博通50年的光耦產(chǎn)品制造能力，并分享了博通應(yīng)用在碳化硅、氮化鎵功率半導(dǎo)體的柵極驅(qū)動(dòng)器(光耦驅(qū)動(dòng)器)及其評(píng)估板和參考設(shè)計(jì)YKzesmc

博通50多年的光耦制造功力

據(jù)陳紅雷介紹，博通在光耦領(lǐng)域積累了50多年的制造功力。YKzesmc

首先從公司的發(fā)展和變化來看，博通一路以來經(jīng)歷了多次分拆獨(dú)立、并購與被并購——1961年惠普成立半導(dǎo)體事業(yè)部，1991年老博通公司成立；1999年惠普芯片制造、電子測(cè)量和分析儀器業(yè)務(wù)剝離出來成立安捷倫；2005年安捷倫半導(dǎo)體事業(yè)部被并購并獨(dú)立為安華高；2016年安華高完成對(duì)老博通的收購，成立了博通有限公司(新博通)。YKzesmc

其次，博通的光耦產(chǎn)品演進(jìn)路線圖：最早可以追溯到惠普公司時(shí)代，1968年推出GaAsP LED，20世紀(jì)80年代推出HCPL-3120，1993年推出HCPL-7800，1997年推出HCPL-316J；2005年安捷倫推出首個(gè)車規(guī)級(jí)R2Coupler™耦合器；2012年安華高發(fā)布隔離電壓傳感器ACPL-C87B，2014年發(fā)布15mm寬高壓ACNT，2016年發(fā)布11mm寬ACNU；2017年新博通發(fā)布50mV Sigma-Delta調(diào)制器和隔離放大器ACPL-C799/C72x，2022年發(fā)布10A的ACPL-355JC/ACFx-3161/3262，2024年發(fā)布ACFJ-3405。YKzesmc

陳紅雷指出，在博通公司的演變過程當(dāng)中，光耦產(chǎn)品線一直處于工業(yè)化、電力電子應(yīng)用的前端，引領(lǐng)了一代變頻器、逆變器、隔離器頭部企業(yè)的發(fā)展。博通代表性的隔離光耦產(chǎn)品包括HCPL-3120、HCPL-7800、HCPL-316J，后期的ACNT系列在1500V平臺(tái)發(fā)揮了重要的作用，被很多國內(nèi)頭部光伏逆變企業(yè)所使用。YKzesmc

SiC/GaN柵極驅(qū)動(dòng)器評(píng)估板和參考設(shè)計(jì)

伴隨著綠色能源低碳轉(zhuǎn)型力度日益加大，許多新型功率器件得到更多的應(yīng)用。光耦器件也能在“綠色能源低碳轉(zhuǎn)型”中貢獻(xiàn)力量，主要在電力能源生產(chǎn)端/消費(fèi)端都能看到光耦的身影。YKzesmc

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陳紅雷介紹說，博通適用于碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)的柵極驅(qū)動(dòng)器總共經(jīng)歷了三代產(chǎn)品迭代：YKzesmc

  • 第一代產(chǎn)品2018年推出，這些產(chǎn)品的工作電流小于5A，基礎(chǔ)款有ACPL-P/W346和ACPL-P/W349，傳播延遲≤120ns、CMTI >100kV/μs、峰值輸出電流2.5A(典型約4A)；智能款型號(hào)為ACPL-352J，傳播延遲≤150ns、CMTI >100kV/μs、峰值輸出電流5A(典型約7A)。
  • 第二代2022年推出，工作電流為10A，基礎(chǔ)款有ACFL-3161 (1-CH)、ACFJ-3262 (2-CH)，傳播延遲≤95ns、CMTI >100kV/μs、峰值輸出電流＞6A(典型10A)；智能款為ACPL-355JC，傳播延遲≤150ns、CMTI >100kV/μs、峰值輸出電流＞7A(典型10A)。
  • 第三代2023年發(fā)布但目前尚未出貨的基礎(chǔ)款的ACFJ-332B* (2-通道)，峰值輸出電流4A(典型)、傳播延遲≤65ns、CMTI >150kV/μs。

據(jù)介紹，博通的第二代的ACFJ-3161和ACFJ-3262 (2-CH)針對(duì)碳化硅器件、氮化鎵器件做了一些適配和測(cè)試，為了方便開發(fā)者快速上手，陳紅雷公開了一批博通的評(píng)估板和參考設(shè)計(jì)。YKzesmc

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ACFJ-3161-10A IGBT/SiC柵極驅(qū)動(dòng)器(單通道)，ACFJ-3262-10A GaN/功率MOSFET GD(雙通道)詳細(xì)參數(shù)見上圖，左邊是ACFJ-3161，右邊是ACFJ-3262。YKzesmc

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上圖是SiCMOSFET評(píng)估板ACFL-3161基本柵極驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)特性。參數(shù)如下：10A峰值輸出電流；•小于95ns的傳播延遲；•抗擾度，dv/dt>100kV/μs；•安全認(rèn)證(UL認(rèn)證5000 VRMS@1分鐘, CSA, IEC/EN/DIN EN 60747-5-5 VIORM= 1230 VPEAK)YKzesmc

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上圖為ACPL-355JC，本身帶有大驅(qū)動(dòng)電流保護(hù)，可以完成反饋動(dòng)作，把有關(guān)保護(hù)或者時(shí)效信息反饋給MCU來做判斷。YKzesmc

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上圖為ACPL-355JC智能門極驅(qū)動(dòng)器的參考設(shè)計(jì)。參數(shù)如下：•10A 峰值輸出電流；•VIORM=2262VPEAK工作電壓；•CTI > 600V, Material Group I封裝；•帶反饋的短路保護(hù)；•抗擾性, dv/dt> 100kV/μsYKzesmc

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上圖為FM3半橋模塊驅(qū)動(dòng)板。YKzesmc

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FM3驅(qū)動(dòng)器板-ACPL-355JC智能柵極驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)。參數(shù)如下：•10A峰值輸出電流；•VIORM = 2,262VPEAK工作電壓；•CTI > 600V, Material Group I封裝；•帶反饋的短路保護(hù)；•抗擾性，dv/dt> 100kV/μsYKzesmc

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上圖為GaNFET-半橋評(píng)估板。YKzesmc

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GaNFET評(píng)估板–ACFJ-3262，參數(shù)亮點(diǎn)：•10A峰值輸出電流；•8.6V UVLO，適用于10-25V電源范圍；•小于95ns的傳播延遲；•抗擾度，dv/dt> 100kV/μs。YKzesmc

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GaNFET評(píng)估板的開關(guān)性能，雙脈沖測(cè)試效率約99%。YKzesmc

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陳紅雷還介紹了博通的轉(zhuǎn)換速率控制(Slew Rate Control)柵極驅(qū)動(dòng)器及其應(yīng)用。上圖為SRC柵極驅(qū)動(dòng)器ACFJ-3405 (帶保護(hù))設(shè)計(jì)參考：•兩個(gè)級(jí)別SRC輸出驅(qū)動(dòng)(源)——第一級(jí)是4A max，第二級(jí)是12A max.；•輸出灌電流(12A max)；•4A 有源米勒鉗位；•自動(dòng)DESAT消隱和保護(hù)；•死區(qū)時(shí)間控制；•SO-24 封裝有>8mm爬電和間隙距離。YKzesmc

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ACFJ-3405 +富士IGBT -dv/dt, Eon & 功率損耗(PONLoss)：富士電機(jī)1200V/200A IGBT, 60kW 逆變器, 100m電纜開關(guān)損耗對(duì)比。YKzesmc

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ACFJ-3405 +富士IGBT -EMI：富士電機(jī)1200V/200A IGBT, 60kW逆變器, 100m電纜的EMI情況。YKzesmc

責(zé)編：Clover.li
本文為國際電子商情原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。請(qǐng)尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，違者本司保留追究責(zé)任的權(quán)利。
李晉
國際電子商情助理產(chǎn)業(yè)分析師，專注汽車電子、人工智能、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的市場(chǎng)及供應(yīng)鏈趨勢(shì)。

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