碳化硅MOSFET的開(kāi)關(guān)尖峰問(wèn)題與TVS保護(hù)方案

在電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）MOSFET因其高效率、高頻率和高溫性能而備受青睞。然而，即使性能卓越，SiC MOSFET在開(kāi)關(guān)過(guò)程中也可能面臨電壓尖峰的問(wèn)題。本文將從專業(yè)硬件工程師的角度，探討SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)尖峰問(wèn)題，并介紹使用瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）進(jìn)行保護(hù)的優(yōu)勢(shì)和上海雷卯電子提供的解決方案。

1. SiC MOSFET開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓尖峰

SiC MOSFET在快速開(kāi)關(guān)時(shí)，由于其內(nèi)部寄生電容和電路寄生電感的作用，會(huì)在器件兩端產(chǎn)生電壓尖峰。這些尖峰可能遠(yuǎn)超過(guò)SiC MOSFET的最大額定電壓，導(dǎo)致器件損壞或性能下降。

l 寄生電容充放電：SiC MOSFET內(nèi)部的寄生電容在開(kāi)關(guān)過(guò)程中快速充放電，產(chǎn)生電壓尖峰。

l 電路寄生電感：電路布線和元件的寄生電感在電流變化時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，加劇尖峰問(wèn)題。

l 開(kāi)關(guān)速度： SiC MOSFET的高開(kāi)關(guān)速度雖然提高了效率，但也增加了電壓尖峰的風(fēng)險(xiǎn)。

2. 使用TVS進(jìn)行保護(hù)的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)SiC MOSFET的電壓尖峰問(wèn)題，使用TVS二極管進(jìn)行保護(hù)是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案：

第一 快速響應(yīng)：TVS二極管能夠以皮秒級(jí)速度響應(yīng)電壓尖峰，迅速將能量導(dǎo)向地線。

第二 保護(hù)范圍廣：TVS二極管適用于多種電壓等級(jí)，可以為SiC MOSFET提供全面的保護(hù)。

第三 成本效益：相比提高SiC MOSFET的耐壓值，使用TVS二極管的成本更低，且易于集成。

3.上海雷卯電子的解決方案

上海雷卯電子作為專業(yè)的電子元件供應(yīng)商，提供了針對(duì)SiC MOSFET開(kāi)關(guān)尖峰電壓的保護(hù)方案和器件。我們的產(chǎn)品線包括多種型號(hào)的TVS二極管，專為高效率、高頻率的SiC MOSFET應(yīng)用設(shè)計(jì)。SiC MOSFET與TVS保護(hù)電路如下：

上圖展示了一個(gè)典型的SiC MOSFET與TVS保護(hù)電路。在這個(gè)電路中，TVS二極管并聯(lián)在SiC MOSFET的漏極和源極之間，當(dāng)電壓尖峰產(chǎn)生時(shí)，TVS迅速導(dǎo)通，吸收尖峰能量，保護(hù)SiC MOSFET免受損害。

TVS 具體選擇型號(hào)根據(jù)SIC MOS Vdss 電壓來(lái)確定：SIC MOS Vdss 大多600V 以上，以下列表TVS型號(hào)需用兩顆串聯(lián)使用，具體方案選型可咨詢有豐富經(jīng)驗(yàn)的上海雷卯EMC小哥。

在此列出上海雷卯可以供應(yīng)的部分 SIC MOS 產(chǎn)品

4保護(hù)案例

案例一：

在某新能源汽車的電源管理系統(tǒng)中，采用了 SiC MOSFET 作為功率開(kāi)關(guān)器件，同時(shí)配合高性能的 TVS 二極管進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。通過(guò)精確的電路設(shè)計(jì)和參數(shù)匹配，有效地提升了系統(tǒng)的效率和可靠性。在車輛頻繁的啟動(dòng)、加速和充電過(guò)程中，成功地避免了因瞬態(tài)過(guò)壓而導(dǎo)致的器件損壞，保障了車輛電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

案例二：

在某工業(yè)變頻器中，使用 SiC MOSFET 實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換，并在關(guān)鍵位置配置了 TVS 保護(hù)器件。特別是在電機(jī)的啟停和負(fù)載突變的情況下，TVS 能夠迅速吸收過(guò)高的電壓尖峰，保護(hù) SiC MOSFET 不受損壞。這一方案顯著提高了變頻器的穩(wěn)定性和使用壽命，降低了維護(hù)成本。

案例三：

在某通信基站的電源模塊中，采用先進(jìn)的 SiC MOSFET 技術(shù)，并結(jié)合精心選擇的 TVS 二極管來(lái)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中的浪涌和瞬態(tài)電壓。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，該方案有效地保護(hù)了電源模塊免受惡劣電網(wǎng)環(huán)境的影響，確保了通信基站的持續(xù)穩(wěn)定工作，提高了通信服務(wù)的質(zhì)量。

這些案例表明，合理選擇和應(yīng)用 SiC MOSFET 與 TVS 保護(hù)方案可以在不同的電子系統(tǒng)中取得顯著的效果，提升系統(tǒng)的性能和可靠性。

5. 結(jié)論

SiC MOSFET雖然性能優(yōu)越，但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓尖峰問(wèn)題不容忽視。通過(guò)并聯(lián)TVS二極管進(jìn)行保護(hù)，不僅可以確保SiC MOSFET的工作正常，而且相比提高耐壓值，具有更高的性價(jià)比。上海雷卯電子提供的保護(hù)方案和器件，為SiC MOSFET的應(yīng)用提供了可靠的保障。

請(qǐng)注意，以上內(nèi)容為示例性質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的電路參數(shù)和應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。同時(shí)，文中提到的上海雷卯電子及其產(chǎn)品僅為示例，用于說(shuō)明保護(hù)方案的可行性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠供應(yīng)商和產(chǎn)品。

審核編輯 黃宇