CoolSiC MOS管场效应管栅极驱动设计分析

设计栅极驱动最主要是选择栅极电压电平，英飞凌infineon可以让设计师选择导通栅极电压在18 V—15 V间，这样开关配置具有最高的短路耐用性及载流能力。

并鼓励设计师在0 V电压下工作其分立MOS管场效应管，这样能简化栅极驱动电路。

 

寄生开启效应

因栅极电感性及电容性引起的反馈，半导体开关不期望导通，CoolSiC MOS管场效应管在实际使用时，我们要考虑通过Miller电容的电容反馈（如下电路图）

 

开关S2体二极管传导负载电流IL，直到高侧开关S1导通。

负载电流换向S1后，S2漏源电压开始增加，要拉低或抵消电压关断栅极电阻器，如果此电阻值不够，那么此电压有可能超过阈值电平，因此开关损耗增加或者是直通。

 

直通严重风险再于操作条件及测量硬件，但是主要的是：高总线电压，电压陡峭上升，很高的结温。此时,导致栅极电压上拉更强，阈值水平降低。

 

硬件：影响原因与CGD并联的（寄生板电容+外部电容器），关断栅极电压，关断栅极电阻。

 

门收费特性：实际是静态的

缺点：栅极电荷特性实际静态，寄生导通动态

特性测试：

条件：

关断栅极电压=0 V

TO-247 3引脚+4引脚封装

1200 V / 45mΩCoolSiC MOS管场效应管寄生导通

半桥评估板配置如下电路图（换流单元）

被测器件=低端开关，dv / dt发生器=高端开关

高侧器件导通时：低侧器件上升漏极—源极间电压致栅极电压dvDS / dt，关断栅极电阻越低，

寄生导通越小。

 

 

 

测度目的：确定给定测试用例临界关断栅极电阻值，与通过0Ω获得参考波形比较，

 

致Q *下降10％的值是临界栅极电阻，阈值水平为10％时，可获得测量数据，小的可忽略不计。

 

测试条件：

1200 V / 45mΩCoolSiC MOS管场效应管

温度100°C

RGoff值不同

黑色：0Ω  橙色：12Ω  红色：22Ω

Q * rr =体二极管反向恢复电荷+半导体电容性电荷（布局+无源电荷）+寄生匝数电荷

如下图

 

温度不同，负载电流不同，电压斜率不同

后者用高端开关S1的RGon进行调整

测1200 V / 45mΩCoolSiC MOS管场效应管临界栅极电阻值与dvDS / dt的关系

测试条件：

OFFf栅极电压=0 V

在800 V和0 A下获得测量点

计算出趋势线：虚线

 

 

表征结果

0负载电流，开关瞬变之前，被测电子元器件的体二极管没有正向偏置，没有二极管恢复发生，瞬变：电容充电及放电； 

寄生电感感应电压不起作用，TO-247与TO-247-4-pin封装性能相同；

800 V+0 A得结果:

防止寄生导通，RGoff更低+dvDS / dt越高+温度也越高

50 V / ns

温度175°C

关断栅极电压=0 V

此时：也能防止寄生导通

如下图

无法够低水平选择RGoff解决方案：

有源Miller钳位功能驱动器即可解决（如1EDC30I12MH）

 

负载电流较高时，S2体二极管—S1 MOS沟道硬换向

二极管反向恢复+感应电压存在：情况更复杂

下面三种效果起的作用：

1.体二极管的恢复减慢速度：平均dvDS / dt +通过寄生导通解决；

2.换向环路电感+电子元器件输出电容间振荡局部增加dvDS / dt；

3.TO-247封装，通过S2公共源极端子产生的负反馈，使栅极电压降低，来提高抗寄生导通强度；

 

综上所诉，以上效果取决于硬件设置，条件：175°C+0A

1200 V碳化硅MOS管场效应管技术比较图

800 V + 15 A + 150°C

获得：最小导通开关损耗

被测器件：标称通态电阻=60-80mΩ

栅极在18/0 V+4.7Ω工作

驱动电压18 / -5 V 下CoolSiC MOS管场效应管开关损耗