Bernhard Strzalkowski博士 ADI公司
摘要
本文通过故意损坏IGBT/MOSFET功率开关来研究栅极驱动器隔离栅的耐受性能。在高度可靠、高性能的应用中，如电动/混合动力汽车，隔离栅级驱动器需要确保隔离栅在所有情况下完好无损。
随着Si-MOSFET/IGBT不断改进，以及对GaN和SiC工艺技术的引进，现代功率转换器/逆变器的功率密度不断提高。因此，需要高度集成、耐用的新型隔离式栅极驱动器。这些驱动器的电隔离装置体积小巧，可集成到驱动器芯片上。这种电隔离可以通过集成高压微变压器或电容器来实现。1, 2, 3 一次意外的系统故障均可导致功率开关甚至整个功率逆变器损坏和爆炸。因此，需要针对高功率密度逆变器研究如何安全实施栅级驱动器的隔离功能。必须测试和验证最坏情况下（功率开关被毁坏）隔离栅的可靠性。
简介
在最坏的情况下，即高功率MOSFET/IGBT发生故障时，逆变器几千µF的电容组会快速放电。释放的电流会导致MOSFET/IGBT损坏、封装爆炸、等离子体排出到环境中。4 一部分进入栅级驱动电路的电流会导致电气过载。5 由于功率密度极高，所以在制作驱动器芯片时，需要保证即使芯片本身出现故障，仍然能够保持电隔离。
高度集成的现代栅级驱动器的构建
芯片级隔离采用平面微变压器方法来提供电隔离。它采用晶圆级技术制造，配置为半导体器件大小。1 iCoupler®通道内含两个集成电路 (IC) 和多个芯片级变压器（图1）。隔离层提供隔离栅，将每个变压器的顶部和底部线圈隔开（图2）。数字隔离器采用厚度至少为20 μm的聚酰亚胺绝缘层，在晶圆制造工艺中放置在平面变压器线圈之间。这种制造工艺以低成本将隔离元件与任何晶圆半导体工艺集成，实现出色的质量和可靠性。图2的剖面图显示了被较厚的聚酰亚胺层隔开的顶部和底部线圈的匝数。
