SiC MOSFET驱动电路优化方案

前面我们说到，作为新一代的半导体材料，SiC 具有由于传统 Si 基材料的一系列优势，特别是在高频高温等方面。由于拖尾电流和关断较缓的缘故，IGBT 的频率无法做到很高，就算加上软开关技术也无法大幅度提升，此时 SiC MOSFET 的出现，使得开关频率上有着较大的突破，展现出了完美的开关性能。而了解和优化其驱动电路(当然，这也包含一系列保护电路)是充分展现其完美性能的关键！

为了优化 SiC MOSFET 的驱动电路，我们需要紧密结合其相应的差异化特性，下面我们就来看看 SiC MOSFET 有哪些需要注意的特性：

①跨导 gm (gm=ΔID/ΔVGS)

下图是某规格 SiC MOSFET 的 I-V 曲线，其实蓝色曲线是 Si 基 MOSFET 的输出曲线中的一根。

可见，传统的 Si MOSFET 在起线性区有着很大的斜率，而在饱和区时却很平坦，意味着当 VGS＞Vth 的时候都会经历一个很高的增益，也就是很大的跨到 gm；而 SiC MOSFET 的 I-V 曲线我们看出，线性区和饱和区并没有明显的过渡，使得 SiC MOSFET 看起来更像一个可变的电阻，gmz 较低。

ID=gm*(VGS-Vth)

VGS 的较小变化不会引起很大的电流变化，所以 SiC MOSFET 被认为是低跨导器件。

为了补偿较低的增益，使电流 ID 发生较大的变化，同时降低导通电阻 RDS，我们一般使用更高的栅极电压 VGS。所以，我们常见的 SiC MOSFET 采用的驱动电压都是 18~20V，较低的驱动电压会导致较大的损耗，工作状态不佳，容易造成热失效，这个和 IGBT 类似。

②导通电阻 RDS(固定电压下，SiC 单位面积的导通电阻比 Si 低)

对于 SiC MOSFET 的导通电阻构成见上图，之前我们也有聊过。最主要的是沟道电阻 Rch、JFET 电阻 RJFET 和漂移层电阻 Rdrift。Rch 具有负温度系数(NTC)，在 VGS 较低时占主导地位；RJFET 和 Rdrift 具有正温度系数(PTC)，在 VGS 较高时占主导地位。而 Si 基 MOSFET 在 VGS 大于 Vth 时一直表现为正温度系数。而正温度系数是利于并联的，所以如果在需要并联的应用场合中，特别要注意驱动电压 VGS，要选得足够大，否则会呈现负温度系数，结果将会是你不愿意看到的。当然，上面聊跨导时已经告诉我们 SiC MOSFET 需要更大的驱动电压了。

③栅极驱动电阻 Rg，Qg，Vth

选择合适的 Rg 对于 Si 基还是 SiC 来说都是至关重要的，太大了会减缓开关速度增加开关损耗，太小了又容易因为过高的开关速度引入较大的电压变化率 dv/dt 和电流变化率 di/dt，从而引发振荡以及串扰(如密勒效应导致的误导通等)。所以，在满足器件安全可靠的工作前提下，尽可能小的选择驱动电阻 Rg。

上图是某 SiC MOSFET 的 Qg 曲线，相对于 Si MOSFET 来说，SiC 的米勒平台出现时的 VGS 较大；同时在 VGS=0V 时，Qg 并不为 0nC，必须将 VGS 拉低至负压(这种情况下为 -5V)，使 SiC MOSFET 的栅极完全放电。几乎所有的 SiC MOSFET 驱动电压的负压都不高于 -5V(-8V 和 -10V 比较常见)。

同时，必须负压还有一个很重要的因素 --Vth。SiC MOSFET 的阈值电压 Vth,其对温度的依赖性很高，随着温度的升高而下降，Vth 很容易就变得很小，如果仅用 0V 来关断，很容易受到干扰而误导通。

★上述是 SiC MOSFET 较为特别的几个地方，驱动电路的设计有下面几点建议：

①一般情况下，-5V＜VGS＜20V 的范围能够发挥 SiC MOSFET 的性能，那么提供驱动电压的电源最好能够满足 VDD=25V,VEE=-10V，能够覆盖较广泛的型号；

②VGS 必须有较快的上升沿和下降沿；

③需要有最小正负电压的欠压锁定(现在的驱动芯片功能份足选择性也多)；

④和 Si 基器件一样，需要有各种保护电路，过电流、短路、钳位等保护功能；

⑤对于整个回路的布线尽可能地减小杂散电感，由于较快的开关速度，相对于 Si 基的要求更高，要求杂散电感尽可能小。

⑥更多的注意事项 -- 具体问题具体分析，结合实际应用多考量 ......

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海 -- 今天的内容希望你们能够喜欢~