近年來(lái)，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(shí)際工程應用，受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。相較傳統的硅基器件，碳化硅MOSFET具有較小的導通電阻以及很快的開(kāi)關(guān)速度，與硅IGBT相比，導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗均有明顯減小。SiC MOSFET器件的使用，給實(shí)際系統效率的進(jìn)一步提高，以及系統體積的進(jìn)一步減小帶來(lái)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用場(chǎng)合，SiC MOSFET的工程使用已成為炙手可熱的話(huà)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，已相當廣泛。然而，作為控制開(kāi)關(guān)功率器件開(kāi)通關(guān)斷的重要組成部分，驅動(dòng)設計也成為是否可以充分發(fā)揮SiC MOSFET特性?xún)?yōu)勢的關(guān)鍵環(huán)節。
由于SiC產(chǎn)品與傳統硅IGBT或者M(jìn)OSFET參數特性上有所不同，并且其通常工作在高頻應用環(huán)境中， 為SiC MOSFET選擇合適的柵極驅動(dòng)芯片，需要考慮如下幾個(gè)方面：
1. 驅動(dòng)電平與驅動(dòng)電流的要求
首先，由于SiC MOSFET器件需要工作在高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)合，其面對的由于寄生參數所帶來(lái)的影響更加顯著(zhù)。由于SiC MOSFET本身柵極開(kāi)啟電壓較低，在實(shí)際系統中更容易因電路串擾發(fā)生誤導通，因此通常建議使用柵極負壓關(guān)斷。不同SiC MOSFET器件的柵極開(kāi)啟電壓參數列舉如圖1所示。
圖1 不同SiC MOSFET 柵極開(kāi)啟電壓參數比較
為了提高SiC MOSFET在實(shí)際工程實(shí)際中的易用性，各半導體廠(chǎng)家在SiC MOSFET設計之初，都會(huì )盡量調整參數的折中，使得SiC MOSFET的驅動(dòng)特性接近用戶(hù)所熟悉的傳統硅IGBT。然而，寬禁帶半導體器件有其特殊性，以英飛凌CoolSiC? 系列為例，從規格書(shū)與應用指南可知，結合開(kāi)關(guān)頻率與壽命計算的綜合考量，在某些應用中可以使用15V柵極開(kāi)通電壓，而柵極關(guān)斷電壓最低為-5V。當我們將目光投向市面上其他品牌的SiC MOSFET器件，會(huì )發(fā)現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的驅動(dòng)芯片應該能夠覆蓋各種不一樣的柵極開(kāi)通和關(guān)斷電壓需求，至少需要驅動(dòng)芯片的供電電壓壓差Vpos-Vneg可達到25v。
雖然SiC MOSFET具有較小的柵極電容，所需要的驅動(dòng)功率相對于傳統IGBT顯著(zhù)較小，但是驅動(dòng)電流的大小與開(kāi)關(guān)器件工作速度密切相關(guān)，為適應高頻應用快速開(kāi)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動(dòng)芯片，并且如果輸出脈沖同時(shí)兼具足夠快的上升和下降速度，則驅動(dòng)效果更加理想，這就意味著(zhù)要求驅動(dòng)芯片的上升與下降時(shí)間參數都比較小。
2． 滿(mǎn)足較短死區時(shí)間設定的要求
在橋式電路結構中，死區時(shí)間的設定是影響系統可靠運行的一個(gè)關(guān)鍵因素。SiC MOSFET器件的開(kāi)關(guān)速度較傳統IGBT有了大幅提高，許多實(shí)際工程使用都希望能因此進(jìn)一步提高器件的工作頻率，從而提高系統功率密度。這也意味著(zhù)系統設計中需要較小的死區時(shí)間設定與之匹配，同時(shí)，選擇較短的死區時(shí)間，也可以保證逆變系統具有更高的輸出電壓質(zhì)量。
死區時(shí)間的計算，除了要考慮開(kāi)關(guān)器件本身的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間，尤其是小電流下的開(kāi)關(guān)時(shí)間之外，驅動(dòng)芯片的傳輸延時(shí)也需要考量。尤其對于本身開(kāi)關(guān)速度較快的開(kāi)關(guān)器件，芯片的延時(shí)在死區設定的考量中所占的比重更大。另外，在隔離型驅動(dòng)設計中，通常采用的是一拖一的驅動(dòng)方式，因此，芯片與芯片之間的參數匹配差異，也需要在死區設定時(shí)一并考量。要滿(mǎn)足較小死區時(shí)間的要求，選擇驅動(dòng)芯片時(shí)，需要相應的參考芯片本身傳輸延時(shí)時(shí)間參數，以及芯片對芯片的匹配延時(shí)。
3．芯片所帶的保護功能
1) 短路保護
SiC MOSFET與傳統硅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，在驅動(dòng)設計中考慮短路保護功能，提高系統可靠性。
不同型號SiC MOSFET短路承受能力存在差異，但短路保護響應時(shí)間越短越好。借鑒IGBT退飽和檢測方法，根據開(kāi)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(xiàn)的線(xiàn)性區及飽和區沒(méi)有明顯過(guò)渡，發(fā)生短路或過(guò)流時(shí)電流上升仍然很快，這就意味著(zhù)保護電路需要更快的響應速度來(lái)進(jìn)行保護。
針對SiC MOSFET的短路保護需求，需要選擇檢測速度快，響應時(shí)間短的驅動(dòng)芯片進(jìn)行保護電路設計。
此外，根據IGBT的設計經(jīng)驗，每次開(kāi)通時(shí)，需求設定一段消隱時(shí)間來(lái)避免由于開(kāi)通前期的Vce電壓從高位下降所導致的DSAET誤觸發(fā)。消隱時(shí)間的需要，又對本只有3us的SiC MOSFET的短路保護電路設計提出更嚴苛的挑戰，需要驅動(dòng)芯片的DESAT相關(guān)參數具有更高的精度，以實(shí)現有效的保護設計。同時(shí)，也需要更優(yōu)化的驅動(dòng)電路的PCB設計，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(kāi)啟電壓較低，加上其寄生電容小，它對驅動(dòng)電路寄生參數的影響也更加敏感，更容易造成誤觸發(fā)，因此常推薦使用負壓進(jìn)行關(guān)斷。但同時(shí)，由于SiC MOSFET所能承受的柵極負壓范圍較小，過(guò)大的負向電壓尖峰可能擊穿開(kāi)關(guān)管，某些廠(chǎng)家提出推薦較高的負壓關(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發(fā)生誤觸發(fā)，可以使用帶有有源米勒箝位功能的驅動(dòng)芯片進(jìn)行設計。
4. 芯片抗干擾性（CMTI）
配合SiC MOSFET使用的驅動(dòng)芯片，處于高頻應用環(huán)境下，這要求芯片本身具有較高的抗干擾度。常用于評估驅動(dòng)芯片抗擾度的參數為CMTI?，F行標準中，對磁隔離型驅動(dòng)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(shí)際SiC MOSFE開(kāi)通和關(guān)斷都非常迅速的工作特性非常相似，因此CMTI參數可以作為衡量用于驅動(dòng)SiC MOSFE的驅動(dòng)芯片抗擾度的技術(shù)參考。
綜上所述，為了在實(shí)際應用中發(fā)揮SiC MOSFET的高頻特性，需要選擇具有合適的驅動(dòng)電壓和驅動(dòng)電流，滿(mǎn)足短死區時(shí)間設計的較小傳輸延時(shí)以及芯片之間匹配延時(shí)的驅動(dòng)芯片。同時(shí)，有效的保護功能與抗干擾性，可以滿(mǎn)足更高的系統可靠性要求。表1將英飛凌磁隔離驅動(dòng)芯片EiceDRIVER?系列的相關(guān)參數進(jìn)行了比較，全系列產(chǎn)品為用戶(hù)提供了各種個(gè)性化選擇。
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