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      從柵極驅(qū)動(dòng)電路的器件選型到設(shè)計(jì)，提升碳化硅MOSFET性能

      lPCU_elecfans ? 來源：未知 ? 2022-11-27 00:40 ? 次閱讀
      電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）近年來，隨著光伏、軌道交通、汽車電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及對(duì)性能與效率的追求，具有寬禁帶、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽遷移率的碳化硅材料，得到了越來越多廠商的關(guān)注和廣泛的應(yīng)用。

      碳化硅最大的優(yōu)勢(shì)在于效率的提升，以汽車電力牽引逆變器為例，使用碳化硅MOSFET轉(zhuǎn)換效率會(huì)比硅基IGBT有5%~8%的續(xù)航提升，這也就意味著在相同的電池容量下，用碳化硅MOSFET的車輛可以減少5%~8%的電池配備。從成本角度來衡量，使用碳化硅器件還是具有一定經(jīng)濟(jì)效益的。

      因此，如何提升碳化硅器件的性能，也成為了備受關(guān)注的問題。在電路設(shè)計(jì)層面，柵極驅(qū)動(dòng)電路作為功率器件與電源系統(tǒng)的通信橋梁，是驅(qū)動(dòng)碳化硅功率器件的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，在器件選型和柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方面尤為重要。下文將向大家介紹該，如何從器件選型到環(huán)路設(shè)計(jì)，提升碳化硅器件的性能。

      柵極驅(qū)動(dòng)器件選型

      在柵極驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)芯片選型方面，主要圍繞器件的共模抑制比、驅(qū)動(dòng)能力、驅(qū)動(dòng)延時(shí)、驅(qū)動(dòng)電平等幾個(gè)維度進(jìn)行考量。

      首先，共模抑制比主要是針對(duì)功率管的開關(guān)頻率，因?yàn)樘蓟鐼OSFET會(huì)比傳統(tǒng)的硅基IGBT有著更高的開關(guān)速度。

      通常情況下，硅基IGBT的開關(guān)頻率只有20KHz左右，在一些風(fēng)電項(xiàng)目中使用的硅基IGBT可能會(huì)更低。而碳化硅MOSFET在硬開關(guān)電路中就可以做到100~200KHz，如果應(yīng)用在軟開關(guān)電路中，這一數(shù)值還會(huì)進(jìn)一步地提升。因此，在柵極驅(qū)動(dòng)環(huán)路設(shè)計(jì)中，建議使用共模瞬變抗擾度高于100V/ns的驅(qū)動(dòng)芯片。

      在進(jìn)行芯片驅(qū)動(dòng)能力選型時(shí)，主要考慮驅(qū)動(dòng)電流的大小，以此確保功率管在工作過程中導(dǎo)通和關(guān)斷的可靠性。同時(shí)，基于碳化硅器件開關(guān)速度較高的電氣特性，在進(jìn)行器件選型時(shí)，驅(qū)動(dòng)延時(shí)也是比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)，一般情況下推薦使用延時(shí)更低（200ns以下）的驅(qū)動(dòng)芯片。

      另外，碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)電平的選擇也是一個(gè)不容忽視的問題，主要是由于目前碳化硅MOSFET驅(qū)動(dòng)電平?jīng)]有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)廠商進(jìn)行制約，導(dǎo)致了不同廠商的每一代產(chǎn)品之間，因?yàn)樯a(chǎn)工藝，以及參數(shù)設(shè)計(jì)的不同，或多或少都存在著一定的差異，因此，在進(jìn)行碳化硅MOSFET選型時(shí)要注意驅(qū)動(dòng)電平參數(shù)。

      柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

      在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方面，想要提升碳化硅MOSFET的性能，首先需要考慮如何減小驅(qū)動(dòng)回路中的雜散電感。因?yàn)橹鲃?dòng)管在開關(guān)的過程中，會(huì)因?yàn)殡s散電感對(duì)被動(dòng)管，造成一定的影響。因此，在PCB布線的過程中，除了需要使用ESR和ESL的除膜電容進(jìn)行就近解耦之外，還需要縮小設(shè)計(jì)環(huán)路的面積，以此減小驅(qū)動(dòng)回路中的雜散電感。

      其次，在驅(qū)動(dòng)環(huán)路設(shè)計(jì)過程中，還需要為電路并聯(lián)一個(gè)輔助電容，在具備充足阻尼比的前提下，可以獲得一個(gè)合適的持續(xù)時(shí)間和較短的振蕩過渡過程，以保證功率管開關(guān)的可靠性。

      最后，在驅(qū)動(dòng)環(huán)路中，還需要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)電阻，以此抑制柵源電壓的干擾尖峰和干擾振蕩，防止因?yàn)轵?qū)動(dòng)回路截止頻率過低，導(dǎo)致柵源電壓變化過緩增大開關(guān)損耗，從而達(dá)到提升功率管性能的目的。

      結(jié)語

      在碳化硅MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，不僅僅需要像傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)一樣，消除環(huán)路中的雜散電感，還需要考慮驅(qū)動(dòng)電阻與并聯(lián)電容該如何設(shè)計(jì)，才能在功率管在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，損耗達(dá)到最小。


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      原文標(biāo)題：從柵極驅(qū)動(dòng)電路的器件選型到設(shè)計(jì)，提升碳化硅MOSFET性能

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