SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

柵極驅(qū)動(dòng)器是保證SiC MOSFET安全運(yùn)行的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵點(diǎn)包括柵極電阻、柵極電壓和布線方式等，本章節(jié)帶你了解SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電阻選擇、死區(qū)時(shí)間等注意事項(xiàng)。

1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

下面以采用光耦隔離的基本柵極驅(qū)動(dòng)電路（圖1）為例來(lái)說(shuō)明。

圖1：采用光耦的基本柵極驅(qū)動(dòng)電路

使用光耦來(lái)隔離輸入信號(hào)時(shí)，光耦必須具備高速和抗干擾能力（高CMRR）。

確保驅(qū)動(dòng)電源功率以施加正負(fù)偏壓，使柵極驅(qū)動(dòng)電流能夠充分開(kāi)通關(guān)斷SiC MOSFET。柵極驅(qū)動(dòng)電流不足可能造成柵極電壓震蕩、SiC MOSFET功耗增大等問(wèn)題。

盡量減少柵極驅(qū)動(dòng)走線長(zhǎng)度。為避免主回路等引起的噪聲，可以將柵極走線和源極走線扭為雙絞線。同時(shí)避免將柵極走線與其它相的柵極走線捆綁在一起。

當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，由于米勒電容的影響，柵源極電壓VGS會(huì)抬升，并進(jìn)一步增大漏極電流，SiC MOSFET可能因?yàn)檫^(guò)大電流而導(dǎo)致?lián)舸Ｒ虼耍ㄗh抑制柵源極的浪涌電壓。下圖2給出了一個(gè)示例。

圖2：柵源極電壓鉗位示例

如果在控制電壓穩(wěn)定之前對(duì)主電路施加電壓，功率模塊可能會(huì)被損壞。

如果在控制電壓穩(wěn)定之前對(duì)主電路施加電壓，建議在柵極與源極之間插入一個(gè)電阻。（電阻值示例：幾千歐姆到幾十千歐姆）。

2驅(qū)動(dòng)電阻選擇注意事項(xiàng)

柵極電阻（RG）是影響開(kāi)關(guān)特性和噪聲的重要參數(shù)。RG的推薦最大值和最小值由規(guī)格書(shū)給出。應(yīng)仔細(xì)確認(rèn)并選擇最佳的RG值，以確保在用戶實(shí)際系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生任何違反最大額定值（如Tjmax、VCES等）的情況。由于浪涌電壓會(huì)根據(jù)電氣設(shè)備的布線電感和緩沖電路等因素而變化，因此最佳柵極電阻值會(huì)因用戶而異。為了最大限度地發(fā)揮器件性能，可以分別設(shè)置開(kāi)通和關(guān)斷的柵極電阻。

柵極電阻的主要影響如表1所示：

表1：柵極電阻影響

3死區(qū)時(shí)間

在變流器設(shè)計(jì)中，需要合理設(shè)置上橋臂和下橋臂死區(qū)時(shí)間，以防止上橋臂和下橋臂短路。

圖3：死區(qū)時(shí)間

死區(qū)時(shí)間取決于上下橋臂開(kāi)啟和關(guān)斷的切換時(shí)間。因此，所需的死區(qū)時(shí)間將根據(jù)柵極電阻值而變化。如果死區(qū)時(shí)間過(guò)短，可能導(dǎo)致上下橋臂短路。如果死區(qū)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致輸出波形失真、效率降低等。死區(qū)時(shí)間tdead一般按照如下公式（1）選定。

toff(max)為最大關(guān)斷時(shí)間，如公式（2）所示，其包含關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)和電流下降時(shí)間tf，關(guān)斷時(shí)間與SiC MOSFET漏極電流大小、工作溫度、柵極電阻、驅(qū)動(dòng)電壓等因素相關(guān)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件查詢器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)獲得最大關(guān)斷時(shí)間toff(max)。

td(on)(min)為最小開(kāi)通延遲時(shí)間，同樣與SiC MOSFET漏極電流大小、工作溫度、柵極電阻、驅(qū)動(dòng)電壓等因素相關(guān)，器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)一般不標(biāo)注此參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中可忽略不計(jì)。

tmargin為安全裕量時(shí)間，一般根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求來(lái)確定，比如100ns~500ns，甚至更高。

正文完

<關(guān)于三菱電機(jī)>

三菱電機(jī)創(chuàng)立于1921年，是全球知名的綜合性企業(yè)。截止2024年3月31日的財(cái)年，集團(tuán)營(yíng)收52579億日元（約合美元348億）。作為一家技術(shù)主導(dǎo)型企業(yè)，三菱電機(jī)擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，并憑借強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和良好的企業(yè)信譽(yù)在全球的電力設(shè)備、通信設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、電子元器件、家電等市場(chǎng)占據(jù)重要地位。尤其在電子元器件市場(chǎng)，三菱電機(jī)從事開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)半導(dǎo)體已有69年。其半導(dǎo)體產(chǎn)品更是在變頻家電、軌道牽引、工業(yè)與新能源、電動(dòng)汽車、模擬/數(shù)字通訊以及有線/無(wú)線通訊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。