一种智能的碳化硅MOSFET驱动核和驱动要求与特性详解

碳化硅mosfet是什么

在SiC MOSFET的开发与应用方面，与相同功率等级的Si MOSFET相比，SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。

一种智能的碳化硅MOSFET驱动核详解

近年来，以碳化硅、氮化镓材料为代表的第三代宽禁带功率半导体器件越来越受到客户的追捧。特别是碳化硅材料的MOSFET、肖特基二极管，以其宽带隙，高电场强度，良好散热特性，以及高可靠性等特点，为客户的产品带来高效率，高频率，小体积，降低系统成本等效益，广泛应用于光伏发电，新能源汽车，通信基站电源，充电桩，高铁，电网输电等领域。

业界领先的碳化硅制造商Wolfspeed（A Cree Company），推出650V～15kV的SiC MOSFET器件，凭借其优越的性能、可靠的品质以及强有力的技术支持，赢得了客户的信赖，成为引领市场发展的产品。其中，650V～1700V的分立器件SiC MOSFET尤其受到欢迎。

碳化硅MOSFET拥有超低的开关损耗，仅为硅IGBT十分之一，快速开关的特性意味着可以实现系统的高频化和小型化，并提高效率。

高压及超快的开关速度带来的超高di/dt，dv/dt，会通过系统的杂散电感，电容形成干扰，对设计工程师带来了新的挑战。原有的Si MOSFET应用设计理论还会适用，然而一些在硅器件开关速度的环境下是微不足道的参数，却会在高速的SiC器件应用中产生至关重要的影响。

SiC MOSFET的门极是一个耐压非对称体，以行业龙头Wolfspeed器件为例，其第二代SiC MOSFET的耐受电压为+25/-10V，推荐工作电压为+20/-5V，其中阈值电压最小仅为+2.0V，与传统Si MOSFET，IGBT完全不兼容。改进后第三代的耐受电压为+19/-8V，推荐工作电压为+15/-4V，其中最小阈值电压下降到了+1.7V（如下图所示）。在碳化硅MOSFET的阈值电压非常低，在超快速的di/dt，dv/dt下，为了避免高速开关带来的串扰，譬如误开通，门极超压，直通短路等，需要在SiC MOSFET驱动设计上做一些必要的改进。

SiC MOSFET与传统MOSFET的门极耐受电压及阈值电压对比

为了让客户能够更快速地，更容易地使用并熟悉SiC MOSFET以及其驱动的性能及特性，深圳市鹏源电子有限公司新推出的【α】系列驱动核（APD06XXXA1C-17），是专门为Wolfspeed公司的一系列分立SiC MOSFET设计的简单易用驱动器。

【α】系列驱动核具有短路保护，米勒钳位，过温保护，欠压保护等优异特性，有简单易用的集成驱动电源版本和性价比极高的外置驱动电源版本可供不同客户需要进行选择，目前集成驱动电源版本已经可以供货。为了针对第二代和第三代SiC MOSFET的应用，【α】驱动核目前推出APD06204A1C-17（+20V/-4），APD06153A1C-17（+15V/-3V）两个型号，可兼容Wolfspeed 650V～1700V单管SiC MOSFET，支持500kHz的开关频率，以及100kV/us的高dv/dt抗干扰能力。

碳化硅mosfet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。

碳化硅mosfet驱动要求

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。

碳化硅mosfet驱动电路设计

对于有IGBT驱动电路设计经验的工程师来说，SIC MOSFET驱动电路的设计与IGBT驱动电路的设计类似，可以在原来的驱动电路上进行修改参数进行设计。

SIC MOSFET电源的设计，根据其特性，需要有负压关断和相比SI MOSFET较高的驱动电压，一般设计电源为－6V～＋22V，根据不同厂家的不同Datasheet大家选择合适的电源正负电压的设计，这里只给出一个笼统的设计范围。可以将IGBT模块驱动电源进行稍微修改使用在这里，比如，特斯拉在分立IGBT和SIC IGBT上都是用反激电源，具体电路参考历史文章中对特斯拉Model S 与Model 3的硬件对比分析中，也可以使用电源模块，比如国内做的比较好的金升阳的电源模块，可以降低设计难度，但成本也会相应的升高。

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