近年來，基于寬禁帶材料的器件技術(shù)的不斷發(fā)展，碳化硅器件的實際工程應(yīng)用，受到了越來越廣泛的關(guān)注。相較傳統(tǒng)的硅基器件，碳化硅MOSFET具有較小的導(dǎo)通電阻以及很快的開關(guān)速度，與硅IGBT相比，導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗均有明顯減小。SiC MOSFET器件的使用，給實際系統(tǒng)效率的進(jìn)一步提高，以及系統(tǒng)體積的進(jìn)一步減小帶來了希望。尤其在光伏逆變與電池充電等對效率和體積均有較高要求的應(yīng)用場合，SiCMOSFET的工程使用已成為炙手可熱的話題。
目前，關(guān)于SiC MOSFET的優(yōu)勢特性以及針對此種新型材料器件的可靠性研究，已相當(dāng)廣泛。然而，作為控制開關(guān)功率器件開通關(guān)斷的重要組成部分，驅(qū)動設(shè)計也成為是否可以充分發(fā)揮SiC MOSFET特性優(yōu)勢的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
由于SiC產(chǎn)品與傳統(tǒng)硅IGBT或者M(jìn)OSFET參數(shù)特性上有所不同，并且其通常工作在高頻應(yīng)用環(huán)境中， 為SiC MOSFET選擇合適的柵極驅(qū)動芯片，需要考慮如下幾個方面：
首先，由于SiC MOSFET器件需要工作在高頻開關(guān)場合，其面對的由于寄生參數(shù)所帶來的影響更加顯著。由于SiC MOSFET本身柵極開啟電壓較低，在實際系統(tǒng)中更容易因電路串?dāng)_發(fā)生誤導(dǎo)通，因此通常建議使用柵極負(fù)壓關(guān)斷。不同SiC MOSFET器件的柵極開啟電壓參數(shù)列舉如圖1所示。
圖1：不同SiC MOSFET 柵極開啟電壓參數(shù)比較
為了提高SiC MOSFET在實際工程實際中的易用性，各半導(dǎo)體廠家在SiC MOSFET設(shè)計之初，都會盡量調(diào)整參數(shù)的折中，使得SiC MOSFET的驅(qū)動特性接近用戶所熟悉的傳統(tǒng)硅IGBT。然而，寬禁帶半導(dǎo)體器件有其特殊性，以英飛凌CoolSiC? 系列為例，從規(guī)格書與應(yīng)用指南可知，結(jié)合開關(guān)頻率與壽命計算的綜合考量，在某些應(yīng)用中可以使用15V柵極開通電壓，而柵極關(guān)斷電壓最低為-5V。當(dāng)我們將目光投向市面上其他品牌的SiC MOSFET器件，會發(fā)現(xiàn)各家推薦的柵極工作電壓也有所差異。因此，理想的適用于SiC MOSFET的驅(qū)動芯片應(yīng)該能夠覆蓋各種不一樣的柵極開通和關(guān)斷電壓需求，至少需要驅(qū)動芯片的供電電壓壓差Vpos-Vneg可達(dá)到25v。
雖然SiC MOSFET具有較小的柵極電容，所需要的驅(qū)動功率相對于傳統(tǒng)IGBT顯著較小，但是驅(qū)動電流的大小與開關(guān)器件工作速度密切相關(guān)，為適應(yīng)高頻應(yīng)用快速開通關(guān)斷的需求，需要為SiC MOS選擇具有較大峰值輸出電流的驅(qū)動芯片，并且如果輸出脈沖同時兼具足夠快的上升和下降速度，則驅(qū)動效果更加理想，這就意味著要求驅(qū)動芯片的上升與下降時間參數(shù)都比較小。
在橋式電路結(jié)構(gòu)中，死區(qū)時間的設(shè)定是影響系統(tǒng)可靠運行的一個關(guān)鍵因素。SiC MOSFET器件的開關(guān)速度較傳統(tǒng)IGBT有了大幅提高，許多實際工程使用都希望能因此進(jìn)一步提高器件的工作頻率，從而提高系統(tǒng)功率密度。這也意味著系統(tǒng)設(shè)計中需要較小的死區(qū)時間設(shè)定與之匹配，同時，選擇較短的死區(qū)時間，也可以保證逆變系統(tǒng)具有更高的輸出電壓質(zhì)量。
死區(qū)時間的計算，除了要考慮開關(guān)器件本身的開通與關(guān)斷時間，尤其是小電流下的開關(guān)時間之外，驅(qū)動芯片的傳輸延時也需要考量。尤其對于本身開關(guān)速度較快的開關(guān)器件，芯片的延時在死區(qū)設(shè)定的考量中所占的比重更大。另外，在隔離型驅(qū)動設(shè)計中，通常采用的是一拖一的驅(qū)動方式，因此，芯片與芯片之間的參數(shù)匹配差異，也需要在死區(qū)設(shè)定時一并考量。要滿足較小死區(qū)時間的要求，選擇驅(qū)動芯片時，需要相應(yīng)的參考芯片本身傳輸延時時間參數(shù)，以及芯片對芯片的匹配延時。
1）短路保護(hù)
SiC MOSFET與傳統(tǒng)硅MOSFET在短路特性上有所差異，以英飛凌CoolSiC? 系列為例，全系列SiC MOSFET具有大約3微秒短路耐受能力?？梢岳闷骷旧淼倪@一特性，在驅(qū)動設(shè)計中考慮短路保護(hù)功能，提高系統(tǒng)可靠性。
不同型號SiC MOSFET短路承受能力存在差異，但短路保護(hù)響應(yīng)時間越短越好。借鑒IGBT退飽和檢測方法，根據(jù)開關(guān)管輸出特性，SiC MOSFET漏源極電壓大小可反映電流變化。與硅IGBT相比，SiC MOSFET輸出特性曲線的線性區(qū)及飽和區(qū)沒有明顯過渡，發(fā)生短路或過流時電流上升仍然很快，這就意味著保護(hù)電路需要更快的響應(yīng)速度來進(jìn)行保護(hù)。
針對SiC MOSFET的短路保護(hù)需求，需要選擇檢測速度快，響應(yīng)時間短的驅(qū)動芯片進(jìn)行保護(hù)電路設(shè)計。
此外，根據(jù)IGBT的設(shè)計經(jīng)驗，每次開通時，需求設(shè)定一段消隱時間來避免由于開通前期的Vce電壓從高位下降所導(dǎo)致的DSAET誤觸發(fā)。消隱時間的需要，又對本只有3us的SiC MOSFET的短路保護(hù)電路設(shè)計提出更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，需要驅(qū)動芯片的DESAT相關(guān)參數(shù)具有更高的精度，以實現(xiàn)有效的保護(hù)設(shè)計。同時，也需要更優(yōu)化的驅(qū)動電路的PCB設(shè)計，保證更小的環(huán)路寄生電感的影響。
2）有源米勒箝位
前文提到，SiC MOSFET的柵極開啟電壓較低，加上其寄生電容小，它對驅(qū)動電路寄生參數(shù)的影響也更加敏感，更容易造成誤觸發(fā)，因此常推薦使用負(fù)壓進(jìn)行關(guān)斷。但同時，由于SiC MOSFET所能承受的柵極負(fù)壓范圍較小，過大的負(fù)向電壓尖峰可能擊穿開關(guān)管，某些廠家提出推薦較高的負(fù)壓關(guān)斷，甚至0v關(guān)斷。此種情況下，為保證器件在關(guān)斷期間不因米勒效應(yīng)發(fā)生誤觸發(fā)，可以使用帶有有源米勒箝位功能的驅(qū)動芯片進(jìn)行設(shè)計。
配合SiC MOSFET使用的驅(qū)動芯片，處于高頻應(yīng)用環(huán)境下，這要求芯片本身具有較高的抗干擾度。常用于評估驅(qū)動芯片抗擾度的參數(shù)為CMTI?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對磁隔離型驅(qū)動芯片抗擾性地測量方法，兼顧了電壓上升延與下降延dv/dt，這與實際SiC MOSFE開通和關(guān)斷都非常迅速的工作特性非常相似，因此CMTI參數(shù)可以作為衡量用于驅(qū)動SiC MOSFE的驅(qū)動芯片抗擾度的技術(shù)參考。
綜上所述，為了在實際應(yīng)用中發(fā)揮SiC MOSFET的高頻特性，需要選擇具有合適的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流，滿足短死區(qū)時間設(shè)計的較小傳輸延時以及芯片之間匹配延時的驅(qū)動芯片。同時，有效的保護(hù)功能與抗干擾性，可以滿足更高的系統(tǒng)可靠性要求。表1將英飛凌磁隔離驅(qū)動芯片EiceDRIVER?系列的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了比較，全系列產(chǎn)品為用戶提供了各種個性化選擇。（英飛凌igbt廠家）
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