Design of a communicating gate driver for SiC MOSFET
Développement d'un driver communicant pour MOSFET SiC
Résumé
The semiconductors used in power converters
such as IGBT and MOSFET transistors are driven by an
electronic circuit called “gate driver”. This circuit is an
interface between the control command circuit and the
power semiconductors. In the work done during this
PhD, a driver dedicated to SiC MOSFET transistors has
been developed. It is designed for components with a
continuous drain current value of 300A and working
under a drain-source voltage of 1200V.
Beyond the development of a driver dedicated
to SiC MOSFET transistors technology, a second
aspect of the work presented in this PhD is about the
implementation of communication functions within the
power converters. Drivers are then essential elements
of the communication network then constituted. A
communication channel that suits the standards
requirements relating to drivers and suits the
requirements concerning the power electronics working
environment has been designed. It is located between
the primary side of the driver and each of its channels.
Thus, the communication network in the power
converter reaches the area where the DC bus voltage of
1200V is situated. The galvanic isolation necessary to
the user’s safety is kept and the parasitic capacitance
induced by the addition of this communication function
remains lower than 2pF. The possible uses offered by
this communication channel are discussed. Some trials
done under high electric constraints (2kV / 125kV/μs)
validate the functioning of the prototype of the
communication channel that has been developed. Data
transmissions reaching a speed of 500kbits/s and based
on CAN protocol have been carried out.
Les semi-conducteurs présents dans les
convertisseurs de puissance sont associés à un circuit
de commande rapprochée appelé « driver ». Ce circuit
sert d’interface entre l’électronique de contrôlecommande
et les modules de puissance qu’il pilote.
Dans le cadre des travaux de thèse, un driver dédié aux
transistors MOSFET SiC a été développé. Il est conçu
pour des modules dont le calibre en courant est de
300A et travaillant sous une tension de bus continu de
1200V.
Au-delà de la conception d’un driver spécifique
aux transistors MOSFET SiC, un second aspect des
travaux de thèse a consisté à implémenter des fonctions
de communication dans les convertisseurs. Les drivers
sont alors des éléments incontournables du réseau de
communication ainsi formé. Un canal de communication
compatible avec les exigences normatives relatives aux
drivers et avec les contraintes de l’environnement de
travail de l’électronique de puissance a été conçu. Il se
positionne entre le primaire du driver et chacune de ses
voies de commande, permettant ainsi au réseau de
communication du convertisseur de s’étendre jusqu’à la
zone où le potentiel du bus DC de 1200V est présent.
L’isolation galvanique indispensable à la sécurité des
utilisateurs est conservée et la capacité parasite induite
par l’ajout de cette fonctionnalité reste inférieure à 2pF.
Les applications rendues possibles par ce canal de
communication sont discutées. Des essais
expérimentaux réalisés sous fortes contraintes
électriques (2kV / 125kV/μs) valident le fonctionnement
du prototype de canal de communication développé.
Des transmissions de données à une vitesse de
500kbits/s se basant sur le protocole CAN ont été
réalisées avec succès.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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