SiC MOS 驱动说明

SiC MOSFET 驱动电路设计基本要求
    驱动电压：足够的正压，适当的负压，推荐电压负压-3到-4V, 清纯SiC MOS D2/H2/H推荐正压（15V-18V），D1/H1推荐正压（18V）驱动电流要足够大，通常要求>5A驱动电流，也可根据Qg计算选择合适的Rgon，Rgoff电阻，为抑制震荡通常Rgon选择在10R以下，Rgoff为Rgon的2/3左右，必要的时候加GS电容（100pF-2nF以内）,根据震荡程度和开关速度以及效率要求可适当调整应用于中大功率系统或低内阻MOS（通常100mR以下）可选择247-4或263-7封装以便减小回路震荡和降低开关损耗
隔离：CMTI尽可能高（>100KV/us)
保护：必要的过欠压保护，短路保护等
其它：米勒钳位，耐高温，可靠性，成本
PCBLAYOUT设计驱动回路面积要尽量小，减少寄生电感和电容

如何选择SiC MOSFE驱动IC
    由于SiC MOSFET的dv/dt通常可达30V/ns~80V/ns,推荐驱动IC的抗干扰性CMTI>=100V/ns，此外为了防止dv/dt通过极间电容耦合到原边产生共模电流，因此要求驱动IC极间电容最好<2pFSiC MOSFET的开关频率通常很高，因此死区时间要求更短，为此驱动IC的传输匹配延时要尽量小，一般推荐<50ns驱动电流的大小与开关器件工作速度密切相关，为适应高频快速开通关断需求,一般推荐驱动IC峰值电流不小于5A为了防止发生误开通，通常推荐采用带有源米勒钳位功能的驱动IC

SiC MOSFET桥臂串扰及门极震荡问题
桥臂串扰是指SiC器件速度很快，高速变化的dv/dt通过米勒电容Cgd耦合到门极产生误动作，
主要从以下几点解决桥臂串扰：
    器件方面：尽量提高门极阈值电压Vth，减小Crss/Ciss 比值；驱动电路方面：减小门极驱动电阻Rg和关断电阻Roff 或者减小门极寄生电感Lg;增加外部栅源电容CGS；尽量采用带有源米勒钳位脚驱动芯片；驱动电压方面：清纯的SiC MOSFET 通常推荐-3V/-4V的负压关断以减小误开通风险 ；增加外部电容CGS会降低器件速度，增大Rg，Roff会降低开关速度，需平衡震荡幅度和效率，为了充分利用SiC MOSFET的高速性能同时防止误开通，通常推荐在优化器件本身抗干扰能力的情况下，采用负压关断并配合有源米勒钳位使用；通过优化驱动回路的Layout以减小寄生电感来减小振荡，一方面可以将驱动侧电源电容，驱动电阻和驱动IC尽可能的靠近SiCMOSFET以减小回路长度，另一方面可以在驱动线路PCB下层铺地覆盖驱动线路进一步减小寄生电感。

SiC MOSFET桥臂串扰原理

SiC MOSFET 误开通风险因素

    误开通是由高速变化的dv/dt通过米勒电容CGD耦合到门极产生门极电压变化从而导致关断时Vgs超过阈值电压导致误开通，因此误开通不仅和阈值电压Vth有关，还与dv/dt产生的电压变化有关。以Vee=-3V关断为例，门极电压阈值裕度为ΔVgs_th=Vth-Vee, 当dv/dt趋于无穷大时，dv/dt产生的门极电压变化为：ΔVgs=Vbus*Crss/Ciss. 由此当门极电压阈值裕度ΔVgs_th越大于dv/dt造成的门极电压变化ΔVgs，器件Vgs安全裕度越大，误开通风险越小。清纯的MOS 高温特性较好,并且优化了器件寄生电容比值，dv/dt造成的门极电压变化较小，因此Vgs安全裕度较高，评价器件本身误开通风险要综合考量阈值电压和dv/dt产生的门极电压变化。

SiC MOSFET电压尖峰问题

    电压尖峰主要是由于关断时过大的di/dt在回路寄生电感上产生压降(Lp1+Lp2)di/dt造成。因此如果增大门极驱动电阻Rg , di/dt减小，电压尖峰会减小,但是开关损耗会增加。因此通常是先优化回路寄生电感来实现。不盲目增加Rg；如下图由于母线电容寄生电感较大回路较长，因此通常需要在尽量靠近器件的地方插入寄生电感小的MLCC/Cer缓冲电容，这样高频电流会流向低阻抗回路，产生电压尖峰会变成Lp1*di/dt，从而使得电压尖峰减小。此外，需要利用PCB多层布线和磁场抵消的原理，优化Layout减小寄生电感。

SiC MOSFET 驱动电压选择

    目前市场上SiC MOSFET 推荐驱动正压主要有+20V,+18V,+15V三种规格，大部分客户希望SiCMOSFT的驱动电压能与15V Si 器件兼容，清纯的SiC MOSFET 驱动正压分两种版本，一种为+15V（D2/H2)，另一种为+18V（D1/H1)，如右图所示门极电压越高，Rds(on)越小，如果推荐电压为+18V工作的SiC器件,如果在+15V下工作Rds(on)会比标称值大,但如果工作在+15V以下Rds(on)比标称值大很多，所以一般不推荐+15V以下工作。负压推荐-3到-4V

SiC MOSFET 驱动电压选择

    一般中大功率多管（2个以上）应用不推荐0V关断，由于SiC MOSFET的阈值电压较低，dv/dt非常大，为了防止误开通，通常推荐采用-3/-4V关断，这样有5.7V/6.7V的阈值裕度，比SiMOSFET阈值略高，负压的产生如下图给出了两种如何利用单极性电源+18V产生+15V/-3V的方法，仅需TVS管和电容就可以实现负压关断。

SiC MOSFET 驱动电压设计方案1
    SiC MOSFET多为+15/-3V与+18/-5V电压驱动。要在Si MOSFET单电源正压驱动电路中中实现负压电路，可以在驱动回路中增加少量元件产生所需要的负压，如需要+15/-3V的驱动电压，则单电压需要提供+18V即可，有如下方案可以实现用+14V左右的稳压管Z1加上Z2管正向导通压降，在开通时候将电压稳定在+15V左右，这样在开关管导通时电容C10上就会有3V压降；开关管关断时候，驱动芯片内部下管导通加在GS上的电压为-3V，如下图：

SiC MOSFET 驱动电压设计 方案2

    用3V的稳压管Z1稳定驱动用的负压，开通的时候电容C10上稳定3V电压，则驱动正压就保持为15V，关断时候加在GS上电压就是电容C10的电压为-3V，如下图。

SiC MOSFET 驱动电压设计

    两种方案均能使用较少的器件实现所需要的驱动负压，但是器件第一次工作前均为0V，不能在常关状态下保持稳定负压，容易被干扰误开通。针对点可以通过增加一个电阻R1上拉，在上电后就预先给电容C10进行预充电稳压在3V，就可以实现未工作时保持负压，如右图。在单电源供电的情况下，只需要对电路进行微小的调整，即可实现SiC MOSFET替代Si MOSFET。

SiC MOSFET 驱动电压设计 方案3
    基于单电源驱动芯片的驱动电路方案一。VDD1电源通过电阻R1//R2给电容C8//C9充电，电容两端电压快速上升到D4反向击穿电压以后，D4的两端电压稳定，负压VDD2随之建立。VDD1对地PGND-HS的电压幅值大小等于正向驱动电压幅值和关断负压绝对值之和。驱动芯片6脚输出PWM驱动信号。R6为开通电阻，R6//R8为关断电阻。SiC MOSFET的栅极通过驱动芯片内部集成上拉开关管接到芯片电源（VDD1）或者下拉开关管接到芯片地（PGND-HS）.VDD1辅助电源一旦有输出，负压VDD2瞬间就可以建立。换而言之，负压VDD2可以在PWM驱动信号使能之前建立，因此，SiC MOSFET的每个开关周期都是负压关断，驱动更可靠。

SiC MOSFET并联注意事项
    为了防止器件并联不均流，主要可以从以下三个方面考虑：静态不均流需要保证SiC MOSFET本身的参数一致性，需要筛选参数（如Vth,Rdson）尽量一致的MOSFET来做直接并联。为了使得寄生参数一致性较好，需要保证每个SiCMOSFET的驱动回路和主功率回路尽量对称，要求驱动芯片输出到每个SiCMOSFET的栅极距离一样。动态不均流会以环流的形式呈现，因此为了减小不均流，需要减小环路电流，即增大环流回路阻抗。如右图所示，为了减小驱动回路造成的环流路径I，需要为每个MOSFET配置单独的电阻Rg1,Rg2, Rs1, Rs2，通常1欧姆左右，以增加回路阻抗，增强动态均流。功率环流路径II通常通过Layout对称保证，必要的情况也可以在回路加入反耦合电感以增加环流回路阻抗

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