SiC MOSFET驱动电路设计的关键点

栅极驱动器是确保SiC MOSFET安全运行的关键，设计栅极驱动电路的关键点包括栅极电阻、栅极电压和布线方式等，本章节带你了解栅极驱动电压的影响以及驱动电源的要求。

1栅极电压设置

栅极电压对SiC MOSFET开关特性有很大影响。如第10讲《SiC的加工工艺（2）-栅极绝缘层》所述，为了得到低电阻、特性稳定的SiC MOSFET，三菱电机基于大量的经验和数据，对制造工艺、栅极结构进行最优化设计，生产的工业SiC模块可以采用与Si器件相同的栅极电压（±15V）（除了一件产品）。

1.1 栅极正向电压影响

栅极正向电压主要影响SiC MOSFET开通特性、二极管关断特性和抗短路能力。

当栅极正向电压增加（例如VGS(+)从13.5V增加到16.5V），开通速度会变快，开通损耗降低（图1）。但是，另一方面，对管二极管关断浪涌电压增大（图2），dv/dt（max）增大（图3）。

图1：栅极正向电压对SiC MOSFET开关损耗影响（FMF600DXZ-24B，Tvj=25℃，VDD=600V，ID=600A）

图2：栅极正向电压对关断浪涌电压影响（FMF600DXZ-24B，Tvj=25℃，VDD=600V，ID=600A）

图3：栅极正向电压对dv/dt影响（FMF600DXZ-24B，Tvj=25℃，VDD=600V，ID=600A）

栅极正向电压增大，对应的漏源极通态压降变小。反之，如果栅极正向电压低于推荐值，通态压降会增加，通态损耗就会增大。但是，另一方面，栅极正向电压越大，短路电流值也越大，器件短路耐受时间就会缩短。因此，栅极正向电压应根据具体应用工况及系统可靠性要求来确定。

1.2 栅极负向电压影响

当栅极负向电压增大（例如VGS(-)从-7V增加到-15V），开关速度会变快，开关损耗降低（图4）。但是，另一方面，SiC MOSFET关断浪涌电压和二极管关断浪涌电压增大（图5），dv/dt（max）增大（图6）。

图4：栅极负向电压对SiC MOSFET开关损耗影响（FMF600DXZ-24B，Tvj=25℃，VDD=600V，ID=600A）

图5：栅极负向电压对关断浪涌电压影响（FMF600DXZ-24B，Tvj=25℃，VDD=600V，ID=600A）

图6：栅极负向电压对dv/dt影响（FMF600DXZ-24B，Tvj=25℃，VDD=600V，ID=600A）

2栅极驱动电源

栅极驱动电源需要提供足够的栅极电流和驱动功率。图7为栅极电压和栅极电流示意图。如果栅极电压和栅极电阻RG确定，驱动电路的平均栅极电流由式（1）确定，峰值栅极电流由式（2）确定，所需的平均驱动功率按式（3）计算。

图7：栅极电压和栅极电流示意图

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<关于三菱电机>

三菱电机创立于1921年，是全球知名的综合性企业。截止2024年3月31日的财年，集团营收52579亿日元（约合美元348亿）。作为一家技术主导型企业，三菱电机拥有多项专利技术，并凭借强大的技术实力和良好的企业信誉在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据重要地位。尤其在电子元器件市场，三菱电机从事开发和生产半导体已有69年。其半导体产品更是在变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车、模拟/数字通讯以及有线/无线通讯等领域得到了广泛的应用。