【導讀】隨著SiC 工藝逐漸成熟和成本不斷下降

，SiC MOSFET憑借整體性能優於矽基器件一個數量級的優勢正逐漸普及，獲得越來越多的工程應用。相較於傳統的Si功率器件
，SiC MOSFET具(ju)有(you)更(geng)小(xiao)的(de)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)，更(geng)快(kuai)的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)
，使(shi)得(de)係(xi)統(tong)損(sun)耗(hao)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)，效(xiao)率(lv)提(ti)升(sheng)，體(ti)積(ji)減(jian)小(xiao)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)高(gao)效(xiao)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)化(hua)，因(yin)此(ci)廣(guang)泛(fan)適(shi)用(yong)於(yu)5G數據中心通信電源，新能源汽車車載充電機，電機驅動器
，工業電源
，直流充電樁
，光伏，UPS等各類能源變換係統中。

然而這種快速的暫態過程會使SiC MOSFET的開關性能對回路的寄生參數更加敏感
，對驅動設計要求更加嚴格。以分立的SiC MOSFET為例
，根據電流不同其dv/dt通常可以達10~60V/ns。功率回路中高速變化的dv/dt通過寄生電容耦合到驅動回路會使得門極振蕩甚至誤開通，從而導致橋臂直通，器件損毀。因此
，以派恩傑650V 40mΩ SiC MOSFET P3M06040K4為例，對SiC MOSFET驅動誤開通現象進行深入探討，並提出避免誤開通的解決方案。

01SiC MOSFET橋臂串擾問題

如圖1所示為SiC MOSFET的半橋應用電路，上管QH開通過程會在橋臂中點產生高速變化的dv/dt
，下管Vds電壓變化通過米勒電容CGDchanshengweiyidianliu，congerzaimenjiqudongdianzuhejishengdianganshangchanshengzhengdedianyaganrao，dangdianyaganraoshidemenjidianyachaoguoqijiandeyuzhidianyajiukenengdaozhiyuanbenguanduandexiaguanwukaitong。weilefenxifangbian
，zanshihulvejishengdiangandeyingxiang
，youcikeyidedaoshangguankaitongguochengzhongxiaguanmenjidianyawei：

其中RG=Rg_ext+Rg_int ,Vee為關斷電壓，當dvds/dt趨向無窮大時，門極電壓極限值為：

因此
，抑製電壓串擾的方法有: (1) 減小門極驅動電阻RG 或者門極寄生電感Lg  (2)有源米勒鉗位 (3) 負壓關斷  (4) 增加柵源電容CGS 或者減小米勒電容CGD

圖1 SiC MOSFET橋臂串擾問題

02串擾抑製策略

(1) 減小門極驅動電阻通常受限於器件應力水平和dv/dt速度
，過小的驅動電阻使得dv/dt過(guo)大(da)會(hui)加(jia)劇(ju)米(mi)勒(le)電(dian)容(rong)引(yin)入(ru)的(de)位(wei)移(yi)電(dian)流(liu)也(ye)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)門(men)極(ji)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)不(bu)減(jian)小(xiao)反(fan)而(er)增(zeng)大(da)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)在(zai)滿(man)足(zu)應(ying)力(li)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)合(he)理(li)選(xuan)擇(ze)驅(qu)動(dong)電(dian)阻(zu)。減(jian)小(xiao)驅(qu)動(dong)回(hui)路(lu)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)需(xu)要(yao)優(you)化(hua)PCB Layout，盡可能減小驅動元件到SiC MOSFET間的距離。

(2) 有源米勒鉗位電路如圖2所示，對於關斷的器件如果門極產生正的電壓幹擾超過設定閾值Vth(MC)，開關管SMC導通，為位移電流提供低阻抗放電回路，從而抑製開通串擾。但是，鉗位回路依然包括器件內部電阻和連接點到MOSFET內寄生電感
，當這部分壓降較大時，有源鉗位的作用會減弱，有可能器件內部仍然發生誤開通。因此隻有在SiC器件內部電阻較小時才能有不錯的抑製效果，派恩傑650V SiC MOSFET內部門極電阻僅1.13Ω

，因此采用有源鉗位可以起到很好的抑製串擾作用。

圖2 有源米勒鉗位

(3) 如圖3所示
，給出了一直關斷的下管QL在上管QH開通關斷過程中的門極電壓波形，可知負壓關斷的作用相當於把整個門極波形下移了Vee ，使得正的電壓尖峰遠離器件閾值電壓，從而避免了上管開通時下管誤開通，但同時使得上管關斷時下管負壓尖峰增大。SiC MOSFET的允許負壓通常不超過-8V
，因此需要合理選擇負壓關斷，對於派恩傑的SiC MOSFET推薦采用-3V關斷。

圖3 零壓與負壓關斷時下管門極波形

(4) 在GS兩端並聯電容來增大CGS ,可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)的(de)抑(yi)製(zhi)電(dian)壓(ya)串(chuan)擾(rao)作(zuo)用(yong)，但(dan)是(shi)會(hui)一(yi)定(ding)層(ceng)度(du)上(shang)減(jian)緩(huan)開(kai)通(tong)速(su)度(du)，更(geng)嚴(yan)重(zhong)的(de)是(shi)對(dui)於(yu)並(bing)聯(lian)支(zhi)路(lu)內(nei)部(bu)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)較(jiao)大(da)時(shi)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)增(zeng)加(jia)門(men)極(ji)寄(ji)生(sheng)振(zhen)蕩(dang)。因(yin)此(ci)最(zui)適(shi)合(he)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)器(qi)件(jian)層(ceng)麵(mian)增(zeng)加(jia)柵(zha)源(yuan)電(dian)容(rong)CGS 或者減小米勒電容CGD。為了說明器件本身防止誤開通抗幹擾能力，把dvds/dt趨向無窮大時導致的門極電壓變化作為綜合評價指標，即ΔVgs=ΔVds*CGD/(CGD+CGS), ΔVgs越小
，意味著門極誤開通風險更小，抗幹擾能力更強。以派恩傑650V SiC MOSFET P3M06040K4為例，當ΔVds=Vbus=400V時，可以得到派恩傑的SiC MOSFET與各國際競爭廠家ΔVgs性能對比。如圖4所示，可以看出派恩傑的SiC MOSFET具有極小的ΔVgs
，更低的門極誤開通風險。

圖4  SiC 器件誤開通抗幹擾能力指標對比

來源：三代半煉金術師

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻

、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

理想開關自身會帶來挑戰

如何快速了解預采購的電源器件性能？

小巧而優雅的電路設計

將ICT和FCT優勢結合在單個測試適配器中

帶有空片檢測功能的STM32需注意的GPIO設計