為什么碳化硅MOSFET特別需要米勒鉗位

各位小伙伴，不久前我們推送了“SiC科普小課堂”視頻課——《什么是米勒鉗位？為什么碳化硅MOSFET特別需要米勒鉗位？》后反響熱烈，很多朋友留言詢問課件資料。今天，我們將這期視頻的圖文講義奉上，方便大家更詳盡地了解在驅(qū)動碳化硅MOSFET時采用米勒鉗位功能的必要性。

01 什么是米勒現(xiàn)象

在橋式電路中，功率器件會發(fā)生米勒現(xiàn)象，它是指當一個開關(guān)管在開通瞬間，使對管的門極電壓出現(xiàn)快速升高的現(xiàn)象。

該現(xiàn)象廣泛存在于功率器件中，包括IGBT、Si MOSFET、SiC MOSFET。

原理分析：

當下管Q2保持關(guān)閉，在上管Q1開通瞬間，橋臂中點電壓快速上升，橋臂中點dv/dt的水平，取決于上管Q1的開通速度。該dv/dt會驅(qū)動下管Q2的柵漏間的寄生電容Cgd流過米勒電流Igd；Igd=Cgd*（dv/dt），dv/dt越大，米勒電流Igd越大。

米勒電流Igd（紅色線）的路徑：Cgd→Rgoff→T4 →負電源軌，產(chǎn)生左負右正的電壓。

Vgs=Igd*Rgoff+負電源軌，這個電壓疊加在功率器件門極，Vgs會被抬高，當門極電壓超過Vgsth，將會使Q1出現(xiàn)誤開通，從而造成直通現(xiàn)象。

02如何反制米勒現(xiàn)象

使用門極電壓的負壓進行負偏置，使負壓足夠“負”。

提高器件門極的門檻電壓（設計選型時選高Vgsth的器件）。

Rgoff數(shù)值減小（Rgoff是米勒現(xiàn)象影響程度的主要貢獻者之一，數(shù)值越大，米勒現(xiàn)象越糟糕）。

減慢功率器件的開通速度。

使用米勒鉗位功能。

03對比IGBT與SiC MOSFET對于米勒鉗位的需求

以下表格為硅IGBT/ MOSFET和碳化硅MOSFET的具體參數(shù)和性能數(shù)值對比。

驅(qū)動芯片的米勒鉗位腳（Clamp）直接連接到SiC MOSFET的門極，米勒電流Igd（紅色線）會流經(jīng)Cgd→Clamp腳→T5到負電源軌，形成了一條更低阻抗的門極電荷泄放回路。

驅(qū)動芯片內(nèi)部比較器的翻轉(zhuǎn)電壓閾值為2V（參考負軌），在SiC MOSFET關(guān)斷期間，當門極電壓低于-2V（負軌為-4V）時，內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，MOSFET (T5)被打開, 使得門極以更低阻抗拉到負電源軌，從而保證SiC MOSFET達到抑制誤開通的效果。

04米勒鉗位作用//雙脈沖平臺實測對比

測試條件：上管VGS=0V/+18V,下管VGS=0V；VDS=800V；ID=40A；Rg=8.2Ω；Lload=200uH；Ta=25℃

無米勒鉗位

有米勒鉗位

結(jié)論

測試條件：

上管VGS=-4V/+18V,下管VGS=-4V；VDS=800V；ID=40A；Rg=8.2Ω；Lload=20uH；Ta=25℃

無米勒鉗位

有米勒鉗位

結(jié)論

05 單通道帶米勒鉗位隔離驅(qū)動BTD5350Mx系列介紹

產(chǎn)品特性

專門用于驅(qū)動SiC MOSFET的門極驅(qū)動芯片

副方驅(qū)動器帶米勒鉗位功能腳Clamp

驅(qū)動器輸出峰值電壓可達10A

驅(qū)動器電源全電壓高達33V

副方驅(qū)動器電源欠壓保護點: 8V/11V

封裝類型: SOW-8(寬體)/SOP-8(窄體)

典型應用

工業(yè)電源

鋰電池化成設備

商業(yè)空調(diào)

通信電源

光伏儲能一體機

焊機電源

06 雙通道帶米勒鉗位隔離驅(qū)動BTD25350xx

產(chǎn)品特性

專門用于驅(qū)動SiC MOSFET的門極驅(qū)動芯片

原方帶使能禁用腳DIS，死區(qū)時間設置腳DT

副方驅(qū)動器帶米勒鉗位功能腳Clamp

驅(qū)動器輸出峰值電壓可達10A

驅(qū)動器電源全電壓高達33V

原副方封裝爬電間距大于8.5mm，絕緣電壓可以5000Vrms

副方兩驅(qū)動器爬電間距大于3mm，支持母線工作電壓VDC=1850V

副方驅(qū)動器電源欠壓保護點：8V/11V

封裝類型: SOW-18

應用方向

充電樁中后級LLC用SiC MOSFET 方案

光伏儲能BUCK-BOOST中SiC MOSFET方案

高頻APF，用兩電平的三相全橋SiC MOSFET方案

空調(diào)壓縮機三相全橋SiC MOSFET方案

OBC后級LLC中的SiC MOSFET方案

服務器交流側(cè)圖騰柱PFC高頻臂GaN或者SiC方案

關(guān)于基本半導體

深圳基本半導體股份有限公司是中國第三代半導體創(chuàng)新企業(yè)，專業(yè)從事碳化硅功率器件的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。公司總部位于深圳，在北京、上海、無錫、香港以及日本名古屋設有研發(fā)中心和制造基地。公司擁有一支國際化的研發(fā)團隊，核心團隊由來自清華大學、中國科學院、英國劍橋大學、德國亞琛工業(yè)大學、瑞士聯(lián)邦理工學院等國內(nèi)外知名高校及研究機構(gòu)的博士組成。

基本半導體掌握碳化硅核心技術(shù)，研發(fā)覆蓋碳化硅功率半導體的芯片設計、晶圓制造、封裝測試、驅(qū)動應用等產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，擁有知識產(chǎn)權(quán)兩百余項，核心產(chǎn)品包括碳化硅二極管和MOSFET芯片、汽車級及工業(yè)級碳化硅功率模塊、功率器件驅(qū)動芯片等，性能達到國際先進水平，服務于電動汽車、風光儲能、軌道交通、工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的全球數(shù)百家客戶。

基本半導體是國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，承擔了國家工信部、科技部及廣東省、深圳市的數(shù)十項研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，與深圳清華大學研究院共建第三代半導體材料與器件研發(fā)中心，是國家5G中高頻器件創(chuàng)新中心股東單位之一，獲批中國科協(xié)產(chǎn)學研融合技術(shù)創(chuàng)新服務體系第三代半導體協(xié)同創(chuàng)新中心、廣東省第三代半導體碳化硅功率器件工程技術(shù)研究中心。