Высокотемпературная высоковольтная интегральная схема драйвера затвора на основе КНИ с высоким выходным током и маломощным внутрикристальным датчиком температуры

Высокотемпературные модули преобразования мощности (преобразователи постоянного тока, инверторы и т. д.) обладают огромным потенциалом для применения в экстремальных условиях, включая автомобильную, аэрокосмическую, геотермальную и ядерную энергетику, а также системы каротажа скважин. Соотношения мощности к объёму и мощности к массе таких модулей можно существенно улучшить за счёт применения силовых ключей на основе карбида кремния (SiC) — MOSFET или JFET. Широкозонные материалы, такие как SiC, обеспечивают работу при значительно более высоких температурах по сравнению с традиционными силовыми приборами на основе кремния. Для успешной реализации таких высокотемпературных модулей преобразования мощности соответствующая управляющая электроника также должна работать при высоких температурах. В статье представлена высокотемпературная высоковольтная интегральная схема (ИС) драйвера затвора на основе кремния на изоляторе (SOI) с повышенным пиковым выходным током по сравнению с ранее опубликованными решениями, а также с маломощным внутрикристальным датчиком температуры. Данная ИС драйвера в первую очередь разработана для автомобильных применений, в которых температура под капотом может достигать 200 °C. Новый прототип драйвера разработан и изготовлен по SOI-технологии 0,8 мкм с двумя поликремниевыми слоями и тремя металлическими слоями, использующей биполярные, КМОП- и ДМОП-компоненты (BCD), и успешно испытан при температуре окружающей среды до 200 °C при управлении SiC MOSFET или нормально открытым SiC JFET. В данной конструкции пиковая способность драйвера по выходному току составляет 5 А, что позволяет управлять несколькими параллельно соединёнными силовыми ключами. В кристалл также интегрирована сверхмаломощная схема контроля температуры для защиты драйвера от чрезмерного нагрева кристалла (≥220 °C). Этот подход использует увеличение обратного тока диода при повышении температуры для контроля температуры кристалла. При температурах до 200 °C потребляемая мощность предлагаемой схемы датчика температуры не превышает 10 мкВт.