如何更好的驅動SiC MOSFET？——試用X3系列加強型半橋驅動評估板

作者：英飛凌工業半導體　趙佳

得益於寬禁帶半導體的材料優勢，SiC MOSFET在電力電子行業中的應用越來越廣泛。SiC MOSFET很多性能與傳統Si基器件不同，對驅動設計也提出了更高的要求。為了最大化利用SiC MOSFET的性能優勢，驅動晶片的選擇需要著重考慮如下幾個方面：

IGBT的驅動電壓一般都是15V，而SiC MOSFET的推薦驅動電壓各品牌並不一致，15V、18V、20V都有廠家在用。更高的門極驅動電壓有助於降低器件導通損耗，SiC MOSFET的導通壓降對門極電壓的敏感性比IGBT更高，所以對SiC MOSFET使用高驅動電壓的收益更大，具體分析可參考這篇文章《門極驅動正壓對功率半導體性能的影響》。為了防止寄生導通，SiC MOSFET往往還需要負壓關斷。如果一個SiC MOSFET使用了Vgs=-5V~20V的門極驅動電壓，那麼就要求前級驅動晶片的輸出電壓至少是25V，再加一定的餘量，一般取35V~40V之間比較合適。

SiC MOSFET是高頻器件，不管是上升還是下降過程中的電壓變化率dv/dt都遠大於IGBT，這要求晶片本身具有較高的抗干擾度。常用於評估驅動晶片抗擾度的參數為共模抑制比CMTI，是衡量驅動晶片是否適用於SiC MOSFE的標準之一。

拓撲結構的不斷發展需要引入新的電壓等級。比如，2kV SiC MOSFET可將1500VDC光伏系統的拓撲結構從三電平簡化至兩電壓，能夠提高系統效率，但是隨著電壓的提升，只有基本絕緣或者功能絕緣的驅動芯
片明顯不適用。需要驅動晶片具有加強絕緣能力。關於驅動晶片的絕緣等級定義，可以參考《淺談驅動晶片的絕緣安規標準》。

SiC MOSFET閾值電壓相對IGBT低很多，英飛凌閾值電壓大約是4.5V，而其他很多SiC MOSFET閾值電壓僅有2~3V。再加上SiC MOSFET開關時dv/dt很高，SiC MOSFET寄生導通的風險就格外嚴峻。這就要求驅動晶片最好具有米勒鉗位功能。關於SiC MOSFET寄生導通特性，可參考下面文章《分立式CoolSiC™MOSFET的寄生導通行為研究》。

SiC MOSFET晶片面積小，電流密度高，發熱集中，所以SiC MOSFET的短路時間大大小於IGBT，英飛凌CoolSiC™ MOSFET單管保證至多3us的短路時間，而模塊保證至多2us的短路時間。在這麼短的時間內識別出短路並關斷功率器件，這對驅動晶片提出了非常高的要求。關於SiC MOSFET短路能力的解析，可以參考下面兩篇文章：《談談SiC MOSFET的短路能力》，《一步步糾正關於SiC MOSFET短路認知誤區》。

什麼樣的驅動晶片能滿足SiC MOSFET的種種挑剔要求？英飛凌EiceDriver X3系列驅動晶片當仁不讓。尤其是其中數字型加強型驅動晶片1ED38X0Mx12M系列，更是完美滿足上述要求：

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