怎么驅動SiC MOSFET？！

碳化硅的材料特性：與硅相比碳化硅具有更高的帶隙和更高的擊穿電壓，具有稍低的電動性，但飽和速度幾乎是硅的兩倍，導熱率幾乎是硅的三倍。

寬禁帶和更高的擊穿場強適合于制造高壓低導通電阻的開關器件 MOSFET，同樣的導通電阻 RDS（ON）基于碳化硅的 MOSFET 擁有小得多芯片面積和寄生電容以及更快的開關速度，從而降低開關損耗；降低開關損耗可以提高系統效率，使得系統能夠在更高的開關頻率下工作，而高的開關頻率可以減小系統中的無源元件的尺寸，比如電容、電感、變壓器等；另一方面碳化硅材料擁有更高的導熱率可以降低熱阻減少散熱方面的要求。

總結一下就是碳化硅器件擁有三方面的優勢：

（1）高壓低導通電阻；

（2）開關速度快、低開關損耗；

（3）低熱阻；

主要商用碳化硅器件基本是1700V、1200V、900V電壓等級，也有一些650V的，但是相對硅器件導通損耗的優勢會比較小，以上是SiC和Si MOSFET的比較。

對于650V上的硅器件，IGBT被廣泛的應用于各種場合，那么SiC MOSFET跟Si IGBT 相比有什么優勢呢？

首先從導通上講，MOSFET具有基本線性的 I-V曲線，而IGBT有0.5V 到1V的切入電壓，這會導致小電流的時候的高導通損耗；

其次IGBT沒有自帶的體二極管，所以應用時候大部分需要并聯硅二極管；

從開關速度上講，IGBT作為雙極型器件相對于單極性器件MOSFET開關速度慢損耗大，特別是在高溫的時候開關損耗增加很快；同時與IGBT并聯的硅二極管會有比較大的反向恢復，特別是在硬開關情況下，通常IGBT 的開關頻率會被限制在幾十 kHz 以內。

碳化硅MOSFET對驅動的要求跟硅器件對驅動要求類似，通常會包括以下幾個方面。

首先是隔離要求，其次是高的CMTI ，以及快速過流和短路保護，短的時間延時、高驅動電壓。

首先是需要高輸出驅動電壓，SiC MOSFET根據不同廠商器件，需要 15V-20V 驅動電壓以達到低的導通電阻；通常早期的產品需要20V的驅動，新的產品為了盡量跟Si MOSFET兼容驅動電壓也可以是15V。但是另一方面通常關斷的時候需要提供負壓驅動，這跟SiC MOSFET的低閾值電壓和防止米勒效應引起的誤導通相關，負壓偏置通常在-3V 和-5V之間。

高的驅動電壓可以降低導通電阻從而減小導通損，但是 SiC MOSFET的門極電壓通常不能超過25V或者18V，所以需要驅動電壓有比較精確地控制，一方面達到低損耗，另一方面實現安全運行。

強的驅動能力可以提高開關速度減小開關損耗；但是另外一方面快速的電壓電流變化，會因為電路各種寄生參數引起噪音而振蕩，特別是高 dv/dt會通過驅動輸入輸出側之間的耦合電容耦合到輸入側，從而導致邏輯錯誤或者驅動損壞，所以碳化硅驅動必須具有很高的CMTI能力，SiC MOSFET 的開關速度能夠達到 100V/ns。

碳化硅器件驅動的另外一個關鍵要求是更快的短路保護；碳化硅器件正常的時候工作在線性區，短路的時候進入飽和區，短路時電流一直會隨柵源極電壓上升而上升，從而導致短路時瞬時功率密度很大。這也是為什么 SiC MOSFET需要在兩微秒甚至更短的時間內進行保護。

對于碳化硅器件驅動的另一個要求是較短的傳播延遲，從而可以設置更短的死區時間；因為對于半橋電路在死區的時候，電流會通過MOS管的體二極管，然而體二極管具有相對較大的電壓降，這在開關周期中會增加一些損耗，特別對于很高頻率的應用影響會更明顯，因為周期短死區時間占的比例大。

對于實際應用中驅動和器件的PCB走線方面有哪些需要注意的問題呢？

首先在驅動環路里面會包括一部分功率環路的源極寄生電感，開關暫態的時候，di/dt 在此電感 LCS 上引起的電壓，會減慢開關速度也會增加門極振蕩噪音；可能的緩解辦法包括：使用單獨的 kelvin 源極回路，如果器件封裝提供單獨的引腳的話，比如說 TO247 四腳封裝；但是如果沒有這個選擇的話，需要將驅動的地以最短路徑直接接到器件的源極引腳而不要通過 PCB 上的功率線。

第二個寄生參數是米勒電容 CGD，這包括碳化硅器件的本身的電容和 PCB 的寄生電容，這個電容在高 dv/dt 時候的耦合電流，有可能會導致半橋互通；器件本身電容無法改變，對于 PCB 要盡量減少門極和漏極之間的走線的重疊。

第三個寄生參數就是輸出電容了，就是圖中的 CGD、CDS 之和，這包括器件本身的電容和PCB 的寄生電容，這部分電容會增加開關損耗，特別對于高開關頻率影響更加明顯，所以也需要盡量避免PCB 上漏極和源極之間的走線重疊。

第四個寄生參數是功率環路的寄生電感，在器件關斷的時候，這會導致過高的柵極超調電壓，給器件帶來額外的電壓應力，所以需要盡可能優化 PCB 布局，以及并聯無感電容來減小此電感；另外在短路關斷的時候電流 di/dt 很大，為避免電感產生過高的柵極電壓可以采用軟關斷或者兩級關斷的方法。