会社ブログについて インフィニオンゲートドライバーの供給：自動車/GaN HEMT/SiC MOSFET/レベルシフトゲートドライバー

インフィニオン ゲート ドライバの供給:車載/GaN HEMT/SiC MOSFET/レベルシフト ゲート ドライバ

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I. コア製品の位置付けと自動車グレードの認証

インフィニオンの車載グレードのゲートドライバは、高電圧車載アプリケーション向けに設計された特殊なドライバチップで、600V～1200Vのパワーデバイスの駆動要件を包括的にカバーします。これらは、シリコンベースのデバイス、GaN HEMT、SiC MOSFETを含むあらゆるパワースイッチと完全な互換性があり、高電圧および低電圧の電気絶縁、レベルマッチング、安定した高周波駆動という車載アプリケーションの3つの主要な課題に効果的に対処します。産業グレードのドライバーと比較して、この製品シリーズは厳格な自動車グレードの認証に合格しており、振動、極端な温度変動、高レベルの電磁干渉を特徴とする複雑な車内動作条件に完全に適応しています。

認証規格に関しては、全製品が AEC-Q100 自動車グレードの信頼性規格に準拠しており、一部の絶縁製品は UL 1577 および VDE 0884-11 の安全認証を取得しており、5.7 kV (rms) の電気絶縁機能を備えています。これにより、車両の低電圧制御側 (12 V/24 V) を高電圧電源側 (400 V/800 V) から効果的に分離し、高電圧および低電圧のクロストークによって引き起こされるシステム障害を排除します。さらに、このチップは、-40°C ～ 125°C の広い温度範囲にわたって安定した動作をサポートし、あらゆる条件下で車両全体の動作要件を満たし、乗用車と商用車の両方におけるさまざまな高電圧電化シナリオに適しています。

II.専用適応: GaN HEMTおよびSiC MOSFETの駆動特性

GaN HEMT および SiC MOSFET のスイッチング特性は、従来のシリコン デバイスのスイッチング特性とは大きく異なり、駆動電圧、スイッチング速度、ノイズ抑制、タイミング精度に対して非常に高い要求が課されます。従来のシリコンベースのドライバーは、駆動電圧の不一致、スイッチング発振、電力損失の急激な増加などの問題を抱えがちです。 Infineon EiceDRIVER™ シリーズは、これら 2 種類のワイドバンドギャップ デバイスに合わせた詳細なアルゴリズムとハードウェアの最適化を特徴としており、正確な専用ドライブ制御を可能にします。

2.1 GaN HEMT の専用ドライブの最適化

インフィニオンのGaN専用ゲートドライバは、CoolGaN™ GITやショットキーゲートタイプなど、さまざまなGaN HEMTデバイスに最適です。これらは、低しきい値電圧、高周波スイッチングに対する感度、ミラー効果に対する感受性など、GaN デバイスの特性に対処するために特に最適化されています。これらの製品は、統合されたアクティブミラークランプ機能を特徴としており、高周波スイッチング中の意図しないゲート導通を効果的に抑制し、それによってGaNデバイスの高周波発振や破壊のリスクを排除します。これらは、GaN デバイスの MHz レベルの高周波動作特性に適合する高周波スイッチング モードをサポートし、システムの電力密度の大幅な向上と機器サイズの縮小に役立ちます。

さらに、このチップには、典型的なしきい値 8 V で設計された正確な低電圧ロックアウト (UVLO) 保護が装備されており、不十分な駆動電圧によって引き起こされる過熱による伝導損失の急増やデバイスの損傷を防ぎます。 GaN ドライバ モデルの全製品は、標準で 10 A のピーク シンク/ソース電流能力を備えており、高速ゲート充電および放電を可能にして、高周波スイッチング中の GaN デバイスの応答速度と安定性を確保します。

2.2 SiC MOSFET 固有のドライバーの最適化

SiC MOSFETの特性、つまり高速スイッチング速度、低いゲート容量、駆動タイミングと電圧精度に対する極めて高い要求に対処するため、インフィニオンのSiC専用ゲートドライバは、超低伝播遅延と遅延マッチング技術を利用しており、遅延マッチング精度は最大7nsです。これにより、ブリッジ回路の上部スイッチと下部スイッチ間の短絡のリスクが効果的に軽減され、高電圧インバーターや DC-DC コンバーターの安全性が向上します。このチップは幅広いゲート駆動電圧をサポートし、正極性と負極性の両方の電源構成を可能にし、SiC デバイスの最適な駆動電圧範囲に完全に適合し、スイッチング損失を大幅に削減します。

さらに、この製品は 300 kV/μs という超高コモンモード過渡耐性 (CMTI) を備えており、車載高電圧システムの急速なスイッチングによって生成されるコモンモード干渉に効果的に対抗します。これにより、高周波数で動作する SiC デバイスにおけるノイズによる誤ったトリガの問題が解決され、高電圧システムの長期安定した動作が保証されます。一部のモデルには 2 段階のスルー レート制御が装備されており、スイッチング速度を柔軟に調整して低システム損失と低 EMI のバランスをとれるため、車載アプリケーションの厳しい電磁適合性要件を満たします。

Ⅲ．コア機能: 高精度レベルシフト技術

自動車の電源システムは、高電圧アーキテクチャと低電圧アーキテクチャの間の切断という課題に直面しています。メイン MCU や DSP などの制御チップによって出力される 3.3 V/5 V 低電圧ロジック信号は、GaN や SiC などの高電圧パワー デバイスを直接駆動できません。高電圧レベルと低電圧レベルの不一致と電気的絶縁の欠如は、自動車ドライバー設計における重要な課題です。インフィニオンの車載グレードのゲートドライバは、高性能レベルシフトモジュールを統合し、低電圧制御信号から高電圧駆動信号への正確かつ高速かつ絶縁された変換を実現します。

このドライバ シリーズは、3.3 V/5 V ロジック レベルを ±15 V および 0 V ～ 20 V などのパワー デバイス固有のドライブ レベルにシームレスに変換し、信号の歪みや遅延偏差のない高い変換精度と高速応答時間を実現します。絶縁レベルシフトアーキテクチャは、低電圧制御グランドを高電圧電源グランドから完全に分離し、高圧側の干渉による低電圧制御チップの逆破壊を防止し、車両全体の電気的安全性を総合的に強化します。同時に、レベルシフトモジュールは広い入力電圧範囲をサポートし、車両バッテリー電圧の変動に適応し、変動による駆動の誤動作を防止することで、パワーデバイスの安定した導通とスイッチオフを確保します。

IV.主要製品シリーズと主要パラメータ

インフィニオンは、車両のさまざまな電力シナリオに合わせて調整された一連の標準化された車載グレードのゲートドライバを発売し、中小規模電力から高電力高電圧システムまでのアプリケーションをカバーします。主要なモデルの主要なパラメータと特性は次のとおりです。

- 1ED3122MC12H: 絶縁電圧5.7 kV (rms)、ピーク出力電流10 Aのシングルチャンネル絶縁型GaNドライバ。アクティブミラークランプと8V UVLO保護を内蔵しており、高周波GaNデバイスの駆動をサポートしながら、車載用の中小型電力OBCおよび低電圧DC-DCコンバータに適しています。

- 1ED3250MC12H: SiC MOSFET、GaN HEMT、IGBTを含むすべてのデバイスタイプと互換性のある汎用高電圧ドライバ。 2段階のスルーレート制御とデュアルの独立した出力チャンネルを備えています。ワイドボディのパッケージは、非常に長い沿面距離を実現し、自動車の高電圧絶縁要件を満たします。

- 2EDR3144XQE: 電気自動車の高電圧 DC-DC コンバータおよびオンボード充電システムに適したデュアルチャネル車載グレード ドライバ。複数の保護および診断機能を統合し、柔軟な高から低および低から高の電圧レベル変換をサポートし、統合と信頼性のバランスをとります。

- 1ED3120MU12H: ピーク出力電流5.5 Aのコンパクトなシングルチャンネル絶縁ドライバ。UL認定を受けており、小型フォームファクタを特徴としており、軽量かつ小型化された車載パワーモジュールの設計要件を満たしています。

V. 主要な自動車アプリケーションのシナリオ

インフィニオンのこのシリーズのゲートドライバは、自動車グレードの信頼性、ワイドバンドギャップデバイスとの互換性、絶縁レベル変換の利点を活用して、新エネルギー車の中核となる高電圧通電システムで広く使用されています。

1. オンボード充電器 (OBC): GaN HEMT の高周波整流回路とインバーター回路を駆動し、充電効率を高め、OBC のサイズを縮小し、車両の軽量化要件を満たします。

2. 高電圧 DC-DC コンバータ: 800 V 高電圧プラットフォームで SiC MOSFET を駆動するように設計されています。高精度のレベル変換と干渉防止設計により、高電圧と低電圧の電気エネルギーを効率的に変換します。

3. メインモーター駆動インバーター: 高出力 SiC MOSFET アレイを駆動します。超低遅延マッチング特性により、上下スイッチ間の短絡故障がなくなり、モーター制御の精度と出力の安定性が向上します。

4. オンボードのエネルギー貯蔵および補助電源: 中小規模の電力ワイドバンドギャップデバイス向けに設計されています。幅広い温度特性と高いイミュニティ特性により、車載アプリケーションにおける全天候動作の要件を満たします。

VI.製品の主な利点の概要

1. あらゆるシナリオにわたるデバイスとの互換性: シリコンベースの MOSFET、IGBT、GaN HEMT、SiC MOSFET をワンストップでサポートし、車載システムのすべての電力定格アプリケーションをカバーし、顧客の製品選択と研究開発コストを削減します。

2. 車載グレードの信頼性: AEC-Q100 認証、幅広い動作温度範囲、高い CMTI 耐性、絶縁安全認証により、要求の厳しい自動車の動作条件に完全に適合します。

3. 高精度レベル変換: 絶縁された高電圧から低電圧への電圧レベル変換により、自動車の電気アーキテクチャにおけるレベル不整合と高電圧から低電圧へのクロストークの問題が解決され、システムの安全性と安定性が確保されます。

4. 高周波、高効率駆動：独自のGaN/SiC最適化アルゴリズムにより、ワイドバンドギャップデバイスの高周波、低損失の利点を最大限に活かし、高速充放電、低遅延、低発振を実現します。

5. 高い統合性と設計の柔軟性: ミラークランプ、UVLO、過電流保護、故障診断などの機能が統合されているため、周辺回路が簡素化され、車載用パワーモジュールの開発サイクルが短縮されます。