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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）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，以及對性能與效率的追求，具有寬禁帶、高擊穿場強、高熱導率、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)注和廣泛的應用。

碳化硅最大的優(yōu)勢在于效率的提升，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。在電路設計層面，柵極驅(qū)動電路作為功率器件與電源系統(tǒng)的通信橋梁，是驅(qū)動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)動電路設計方面尤為重要。下文將向大家介紹該，如何從器件選型到環(huán)路設計，提升碳化硅器件的性能。

柵極驅(qū)動器件選型

在柵極驅(qū)動電路驅(qū)動芯片選型方面，主要圍繞器件的共模抑制比、驅(qū)動能力、驅(qū)動延時、驅(qū)動電平等幾個維度進行考量。

首先，共模抑制比主要是針對功率管的開關(guān)頻率，因為碳化硅MOSFET會比傳統(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，在一些風電項目中使用的硅基IGBT可能會更低。而碳化硅MOSFET在硬開關(guān)電路中就可以做到100~200KHz，如果應用在軟開關(guān)電路中，這一數(shù)值還會進一步地提升。因此，在柵極驅(qū)動環(huán)路設計中，建議使用共模瞬變抗擾度高于100V/ns的驅(qū)動芯片。

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

另外，碳化硅MOSFET驅(qū)動電平的選擇也是一個不容忽視的問題，主要是由于目前碳化硅MOSFET驅(qū)動電平?jīng)]有一個統(tǒng)一的標準對廠商進行制約，導致了不同廠商的每一代產(chǎn)品之間，因為生產(chǎn)工藝，以及參數(shù)設計的不同，或多或少都存在著一定的差異，因此，在進行碳化硅MOSFET選型時要注意驅(qū)動電平參數(shù)。

柵極驅(qū)動電路設計

在驅(qū)動電路設計方面，想要提升碳化硅MOSFET的性能，首先需要考慮如何減小驅(qū)動回路中的雜散電感。因為主動管在開關(guān)的過程中，會因為雜散電感對被動管，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的除膜電容進行就近解耦之外，還需要縮小設計環(huán)路的面積，以此減小驅(qū)動回路中的雜散電感。

其次，在驅(qū)動環(huán)路設計過程中，還需要為電路并聯(lián)一個輔助電容，在具備充足阻尼比的前提下，可以獲得一個合適的持續(xù)時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)動環(huán)路中，還需要設計一個合適的驅(qū)動電阻，以此抑制柵源電壓的干擾尖峰和干擾振蕩，防止因為驅(qū)動回路截止頻率過低，導致柵源電壓變化過緩增大開關(guān)損耗，從而達到提升功率管性能的目的。

結(jié)語

在碳化硅MOSFET的柵極驅(qū)動電路設計中，不僅僅需要像傳統(tǒng)電路設計一樣，消除環(huán)路中的雜散電感，還需要考慮驅(qū)動電阻與并聯(lián)電容該如何設計，才能在功率管在導通和關(guān)斷時，損耗達到最小。

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原文標題：從柵極驅(qū)動電路的器件選型到設計，提升碳化硅MOSFET性能

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