碳化硅MOSFET導通損耗低，開關速度快，dv/dt高，短路時間小，對驅動電壓的選擇、驅動參數配置及短路響應時間都提出了更高的要求。英飛凌零碳工業功率事業部產品工程師鄭姿清女士，在2023 IPAC英飛凌工業功率技術大會上，發表了《英飛凌EiceDRIVER技術以及應對SiC MOSFET驅動的挑戰》的演講，詳細剖析了SiC MOSFET對驅動芯片的需求，以及我們如何應對這種挑戰。

門極電壓對損耗的影響

(a) 使用高門極電壓可降低功率器件的導通損耗。相比于硅IGBT，SiC MOS的導通損耗受門極電壓影響更大，所以SiC MOSFET普遍推薦Vgs=18V。而更高的門極電壓需要更寬電壓范圍的驅動芯片。

(b) 門極電壓越高，開通損耗越小。門極電壓對關斷損耗的影響相對較小，大電流情況下，關斷損耗隨門極電壓的降低才比較明顯。

(c) 如果使用圖騰柱拓撲，三極管的VBE和二極管的VF會使門極電壓下降，而直接使用大輸出電流的驅動芯片可使SiC導通和開關損耗更低。

2

將開通和關斷解耦可提供一種EMC的解決思路。

對于SiC MOSFET，關斷損耗相對開通損耗占比小得多，可以使用小的開通電阻和大的關斷電阻來平衡開關損耗和EMC。

3

應對米勒導通的方案

(a) 米勒寄生導通指原本應該處于關斷狀態的器件，由于Vce或者Vds的變化，通過GC或者GD之間的電容產生分布電流，灌入門極引起門極電壓的抬高，如果門極電壓抬高到閾值電壓以上，就有可能帶來直通的風險。而且考慮到在高溫條件下，門極的閾值一般會降低；但在低溫時dv/dt更大，所以建議在高低溫下都需要確認是否有寄生導通現象。

(b) 有的驅動芯片內部會集成米勒鉗位電路，它的原理是通過控制一個小mos管開關，來提供給門極一個低阻抗泄放回路。

(c) 有的米勒鉗位MOS管集成在驅動芯片內部，適合分立器件和小功率模塊，不用額外增加元器件。有的驅動芯片，比如英飛凌X3系列的1ED3461和1ED3491，它通過外接鉗位管的方式，拓展米勒鉗位能力，適合大功率模塊。

4

更快速的短路響應

(a) 功率器件短路時具有退飽和現象，即短路時功率器件CE或DS兩端電壓會迅速上升至母線電壓。可利用這一特性來進行短路檢測。英飛凌CoolSiC MOSFET可保證2~3us的短路時間，所以退飽和檢測的快速響應非常重要。

(b) 參數可配置的驅動芯片1ED34XX/1ED38XX可以更加精確地設定退飽和消隱時間和濾波時間，最小響應時間tDESATleb=0.4μs,tDESATfilter=0.23 μs。

5

總結