SiC MOSFET驱动电路设计注意事项

栅极驱动器是保证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SiC MOSFET驱动电路设计、驱动电阻选择、死区时间等注意事项。

1驱动电路设计注意事项

下面以采用光耦隔离的基本栅极驱动电路（图1）为例来说明。

图1：采用光耦的基本栅极驱动电路

使用光耦来隔离输入信号时，光耦必须具备高速和抗干扰能力（高CMRR）。

确保驱动电源功率以施加正负偏压，使栅极驱动电流能够充分开通关断SiC MOSFET。栅极驱动电流不足可能造成栅极电压震荡、SiC MOSFET功耗增大等问题。

尽量减少栅极驱动走线长度。为避免主回路等引起的噪声，可以将栅极走线和源极走线扭为双绞线。同时避免将栅极走线与其它相的栅极走线捆绑在一起。

当负载短路时，由于米勒电容的影响，栅源极电压VGS会抬升，并进一步增大漏极电流，SiC MOSFET可能因为过大电流而导致击穿。因此，建议抑制栅源极的浪涌电压。下图2给出了一个示例。

图2：栅源极电压钳位示例

如果在控制电压稳定之前对主电路施加电压，功率模块可能会被损坏。

如果在控制电压稳定之前对主电路施加电压，建议在栅极与源极之间插入一个电阻。（电阻值示例：几千欧姆到几十千欧姆）。

2驱动电阻选择注意事项

栅极电阻（RG）是影响开关特性和噪声的重要参数。RG的推荐最大值和最小值由规格书给出。应仔细确认并选择最佳的RG值，以确保在用户实际系统中不会发生任何违反最大额定值（如Tjmax、VCES等）的情况。由于浪涌电压会根据电气设备的布线电感和缓冲电路等因素而变化，因此最佳栅极电阻值会因用户而异。为了最大限度地发挥器件性能，可以分别设置开通和关断的栅极电阻。

栅极电阻的主要影响如表1所示：

表1：栅极电阻影响

3死区时间

在变流器设计中，需要合理设置上桥臂和下桥臂死区时间，以防止上桥臂和下桥臂短路。

图3：死区时间

死区时间取决于上下桥臂开启和关断的切换时间。因此，所需的死区时间将根据栅极电阻值而变化。如果死区时间过短，可能导致上下桥臂短路。如果死区时间过长，会导致输出波形失真、效率降低等。死区时间tdead一般按照如下公式（1）选定。

toff(max)为最大关断时间，如公式（2）所示，其包含关断延迟时间td(off)和电流下降时间tf，关断时间与SiC MOSFET漏极电流大小、工作温度、栅极电阻、驱动电压等因素相关，可根据实际应用条件查询器件的数据手册获得最大关断时间toff(max)。

td(on)(min)为最小开通延迟时间，同样与SiC MOSFET漏极电流大小、工作温度、栅极电阻、驱动电压等因素相关，器件的数据手册一般不标注此参数，实际应用中可忽略不计。

tmargin为安全裕量时间，一般根据系统的可靠性要求来确定，比如100ns~500ns，甚至更高。

正文完

<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。