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[参考译文] LLC 的 SiC MOSFET 损坏

Guru**** 666710 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC21520, AMC1301
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/c2000-microcontrollers-group/c2000/f/c2000-microcontrollers-forum/1307900/sic-mosfet-of-llc-damaged

主题中讨论的其他器件:UCC21520AMC1301

,团队

   我设计了一个 LLC 原型、输入为800V、输出为200V-750V、功率为20kW。 额定输出电压为650V、谐振频率为150kHz。 开关频率范围为100kHz 至400kHz、如果超过400kHz、则更改为 PWM 控制。 开始时、使用80V 输入、输出可在20V 至75V 之间调节、这可以实现 PFM 和 PWM 的混合控制。 但下图红框中开关管的温度比较高、蓝色框中开关管的温升几乎可以忽略不计。 使用风扇吹风可以控制红色部分的温升、然后我进行一个 高压实验。

         图1

当输入电压上升到200V 时、SiC MOSFET 的红色部分损坏。 在图1中、两个额定电压为1200V、额定电流为30A 的 SiC MOSFET 并联。 在实验期间、电源相对较小、只有一个被连接。 在图2中、金属引脚 SiC MOSFET 源极均已熔断。

                   图2

我分析了原因、认为缓冲器电路有问题。 我之前设计 PFC 时、该缓冲器电路用于缓冲开关晶体管。 因此、我拆除了所有缓冲电容器、然后使用80V 低电压输入重新进行试验。 图1中 SiC MOSFET 的红色部分与蓝色部分一样产生热量、在不吹风扇的情况下、不会产生热量。 然后我 在实验中将电压升高到100V、80V 的输出正常。 当我 电压升高 到200V  时,80V 的输出没有问题。 第二次 将电压提升到200V、SiC MOSFET 在输出160V 时再次损坏。 这一次、图1中的红色部分断裂、黑色部分损坏、如图3所示。

                  图3

图4中0.1U 滤波电容器的电压上升速度可能太快、还是电压上升速度太快?

                 图4

我用 UCC21520作为 SiC MOS 的驱动芯片、驱动电压为20V、死区为200ns。

                  图5

在实验过程中、图5中红色框中的电阻未连接并发生短路。 那么我担心电压上升速率太快。

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    图5中红色框内的电阻未连接[/报价]

    仅在电容器完全放电时才会产生浪涌电流、不会产生任何问题。 看起来更像是440V 最大电压、而不是880V。 并联电容器的板更宽(双倍 µF μ V)、但每对的额定工作电压为220V。

    1.每个半桥到 SIC 栅极引线的电阻器在哪里?  

    2.你用的是交流还是直流母线电源?

    3.那么 XFMR 二次电路被整流后起到了实验负载的作用呢?  

    4.为何选择20V 栅极驱动、SIC 数据表 Qg 图的显示和绝对最大值是什么?

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    尊敬的 Fei:

    我们的专家目前不在办公室。 我们将在本周结束前与您联系。 很抱歉给您带来不便。  

    此致!

    普拉蒂克

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    尊敬的 Fei:

    补充 Genatco 提出的问题、您是否能够展示栅极驱动器周围的原理图? 查看栅极驱动器周围的输入和输出组件并了解其所驱动的功率、可以帮助我们缩小关注领域的范围。

    期待您的回复!

    广木市

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    尊敬的 Genatco:

    感谢 您的答复。

    1、 SiC 的驱动电路采用 TI 的三相 Vienna PFC 驱动电路。 红色框中的 是可以生成两个输出的隔离式电源。 Vo 的额定电压为18V、- Vo 为-3V。 但实际输出电压+Vo 是20V、 SiC 公司的 FAE 称20V 也可以接受。 在 SiC 关断期间使用-3V 可以缩短关断 时间、但可以提供负电压的驱动器芯片1ED020I12FA2很昂贵、因此我使用了死区时间为200ns 的 UCC21520。

    2.输入电压为直流电压

    3. LLC 的输出端连接到具有不同电阻值的大功率水泥电阻上。

    4、 SiC 公司的 FAE 建议使用18V 的驱动电压、但20V 也可以接受、在20V 的驱动电压下、SiC 的电阻更小。

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    您好,Adibatla, Honda,

    感谢 您的回复。此视频展示了输入80V 和输出20V 至75V 的调试过程。  VOUT 除以3.93是实际的电压值、开始时基准电压 Vref 为78、表示20V。 我使用 CAN 仿真软件将 Vref 更改为157 (40V)和295 (75V)。

    1.无法测量输入和输出电流。  原理图是否正确? 如果 PCB 中的红线更改为蓝线、是否可以测量电流?

     

    2、 在线调试程序和 CAN 通讯容易受到干扰,可能造成在线调试和 CAN 通讯中断,甚至导致电脑屏幕黑屏。 是否可以在 CAN 连接周围使用 GND?

     e2e.ti.com/.../LLC.mp4

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    尊敬的 Fei:

    您提到 UCC21520的死区时间配置为200ns、看起来电阻器选择正确。 但是、在原理图中、死区时间电阻器似乎连接到 VCCI 而不是接地。

    要正确激活死区时间配置、必须将电阻器接地。 还建议为死区时间电阻器并联一个电容器、以实现抗噪性能。 至少2.2nF 的陶瓷电容器就足够了。

    此致、

    广木市

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    您好!

    R68和 R76 = 0Ω? 这可能会在离线脉冲发射远低于地面时进行修复。   UCC21520驱动器对于其可承受的负电压具有绝对额定值。 所以、QG 20V 比最大栅极驱动电压低多少? 这可能是 20V 最坏情况测试、请查看 Qg 图和 SOA 表以了解安全脉冲宽度区域、死区在工作时可以帮助解决该问题。

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    尊敬的 Hiroki、Genatco、

       感谢 您的答复。希望您能利用您的经验来帮助我。 我将自己承担后果,不需要你承担任何责任,所以你可以自由回答我的问题。

      DT 连接 到 GND、有一个10nF 的电容器与死区时间电阻并联。 我将 R68和 R76更改为10Ω

    这是 UCC21520的应用案例。 是否可以取消 R68、D13、R76、D14?

    2. 为避免产生干扰,我想绘制一个6层 PCB。 将 CAN 通信、电压和电流测量以及驱动信号放置在同一层。 可以吗?

    3. 这是 AMC1301的应用案例。

    这是我绘制的电流测量原理图。

    可以吗?

    4. 我目前正在使用开发板进行设计、但使用内部参考电压时 ADC 不准确。 我将3V 基准电压连接到了引脚45、并使用了外部基准电压。 ADC 应该准确吗?

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    您好!

    这是 sic 的一个应用案例。 我可以取消 R68、D13、R76、D14吗?

    这取决于 SIC 可以承受的 dVdT 量、但建议将其用于 IGBT 电路。  

    1. DT 连接 到 GND、一个10nF 的电容器与死区时间电阻器并联。 我将 R68和 R76更改为10Ω

    缺少任何 DT 导致击穿 SIC 跨导-很可能。 有关10Ω+内部栅极电阻;请使用欧姆定律并联电阻公式、因为 Gtoff 在关断期间与 Gton 电阻并联。 SO 10Ω/ 10Ω= 5Ω Gtoff

    也许开始测试具有较高 Gton 电阻的 SIC 驱动(为安全起见)检查上升沿相位驱动是否过度振铃、以及是否存在低于接地值的尖峰(dVdT)、例如 Qr2 Gtoff 修复。 随着负载增大、dVdt 会在电路中升高。 TI 有多个视频和 PDF 培训 MOSFET 栅极驱动器、假设与 SIC 驱动以及 IGBT 相关、都属于同一栅极驱动系列。 尽管经常看到电路在栅极上省略用于 IGBT 的 Gtoff DR 代替4700pF 电容器。

    您有很多问题、请尝试重点关注击穿损坏 SIC 驱动器的主要问题。 多律师印刷电路板问题。  我们发现具有多个地面平原的两层楼对高 FR4温度、更少的翘曲和未来的分层问题具有更高的耐受性。 互连岛方法通常运行良好、成本更低、以产生更易于解决的设计问题修订版1 PCB。 我们通过降压稳压器之后的0R 将高压平原与低压隔离、而 MCU 下方的公共上下 GNDD 岛则采用这种方式。 适用于 KiCad v6+(Ultra Librarian)的 DigiKey 库、具有重叠岛的优先级。 非常令人印象深刻的 CAD 软件可以下载免费的 GitHub。 支持所有层的 Gerber 导入用于逆向工程,非常强大的无许可费,只有捐款。  想知道您目前在 PCB 布局中使用的是什么器件?