第三代电力电子半导体：SiC MOSFET学习笔记（二）SiC特性以及对驱动要求

SIC MOSFET的特性

1、导通电阻随温度变化率较小，高温情况下导通阻抗很低，能在恶劣的环境下很好的工作。
2、随着门极电压的升高，导通电阻越小，表现更接近于压控电阻。
3、开通需要门极电荷较小，总体驱动功率较低，其体二极管Vf较高，但反向恢复性很好，可以降低开通损耗。
4、具有更小的结电容，关断速度较快，关断损耗更小。
5、开关损耗小，可以进行高频开关动作，使得滤波器等无源器件小型化，提高功率密度。
6、开通电压高于高于SI器件，推荐使用Vgs为18V或者20V，虽然开启电压只有2．7V，但只有驱动电压达到18V～20V时才能完全开通。
7、误触发耐性稍差，需要有源钳位电路或者施加负电压防止其误触发。

SIC MOSFET对驱动的要求（新能源电动汽车公众号）
1、触发脉冲有比较快的上升速度和下降速度，脉冲前沿和后沿要陡。
2、驱动回路的阻抗不能太大，开通时快速对栅极电容充电，关断时栅极电容能够快速放电。
3、驱动电路能够提供足够大的驱动电流
4、驱动电路能够提供足够大的驱动电压，减小SIC MOSFET的导通损耗。
5、驱动电路采用负压关断，防止误导通，增强其抗干扰能力。
6、驱动电路整个驱动回路寄生电感要小，驱动电路尽量靠近功率管。
7、驱动电路峰值电流Imax要更大，减小米勒平台的持续时间，提高开关速度

SiC门极驱动有一些最低要求：（ST 工程师：Carolina SELVA）
第一，在整个工作温度范围内，dV/dt瞬态耐量为±50 V/ns，这是因为SiC MOSFET是为快速开关和高频开关专门设计的；
第二，最小差分电源电压摆幅为22-28 V（取决于是否施加负关断门极电压）。SiC MOSFET需要更高的正门极驱动电压（+20 V），取决于应用是否需要负关断门极电压；
第三，在整个工作温度范围内驱动ST SiC 1200 V 100mΩ功率管，驱动电流（灌电流和拉电流）至少达到2A，这个要求可保证开关损耗最小化。

SiC设计实例（ST 工程师：Carolina SELVA）
STGAP1AS就是一个广泛使用的SiC门极驱动器。
它的驱动能力为5A，驱动器输出部分有轨对轨输出，并可以使用负门极驱动电压。此外，灌电流和拉电流是独立的输出，这样配置提高了驱动灵活性，并有助于降低外部组件的物料清单成本。
其内置米勒钳位保护功能可在半桥配置的功率电路开关时控制米勒电流。当SiC功率开关管是关断状态时，驱动器可以避免同一桥臂上的另一个开关管导通产生的CGD电容引起的感应导通现象。
在关断状态时，驱动器使用CLAMP引脚监视开关管的门极电压。当门极电压降至VCLAMPth阈压以下时，驱动器激活CLAMP开关，创建一条低阻抗路径，防止不必要的开关导通。在整个工作温度范围内，dV/dt瞬态耐量为±50 V/ns。

设计SiC应用时应该注意影响开关行为的一些主要因素：（ST 工程师：Carolina SELVA）

首先，关断能耗（Eoff）取决于Rg和VGS-off（负偏置门极电压）。排出更多门极电流可以降低Eoff，有两种方法抽取门极电流，一个方法是降低门极电阻（Rg），另一个方法是在关断期间用负偏置门极电压。

其次，导通能耗（Eon）与Rg电阻有关。降低门极电阻还可以改善导通性能；负偏置门极电压对独立SiC MOSFET的导通能耗没有影响，仅稍微延长了实际导通时间；负门极驱动偏置电压可以明显改善半桥衍生拓扑的导通性能，因为开关Eon受米勒效应的影响。

第三，米勒效应影响Eon和Err（反向恢复能耗）。为了避免米勒效应影响Eon和Err这种现象，必须遵守以下任意一个规则：
分开导通和关断路径，确保导通门极电阻和关断门极电阻的比率正确：始终保持在Rg-on> 1.5 * Rg-off；
使用-6V至-4V的负关断电压来关断MOSFET。

第四，门极驱动电流要求。拉灌电流驱动能力不足会让SiC MOSFET功率管的优异开关性能打折扣；SiC MOSFET的能效在任何应用中都明显高于硅基解决方案，尤其是在高频应用中更加显著。因此，以有助于实现尽可能低的导通和开关损耗的方式驱动SiC MOSFET至关重要。