SiC MOSFET的桥臂串扰抑制方法图解-KIA MOS管
抑制碳化硅MOSFET桥臂串扰
近年来，以碳化硅（Silicon Carbide, SiC）MOSFET 为代表的宽禁带半导体器件因其具有高开关频率、高开关速度、高热导率等优点，已成为高频、高温、高功率密度电力电子变换器的理想选择。然而随着SiC MOSFET开关速度加快，桥式电路受寄生参数影响加剧，串扰现象更加严重。
由于SiC MOSFET 正向阈值电压与负向安全电压较小，串扰问题引起的正负向电压尖峰更容易造成开关管误导通或栅源极击穿，进而增加开关损耗，严重时损坏开关管。
改进抑制桥臂串扰驱动电路的思想是在串扰产生过程中，通过控制三极管开断，使三极管串联电容的辅助支路为米勒电流提供旁路通道，降低栅极驱动回路阻抗，抑制串扰，同时减小辅助支路电容对 SiC MOSFET开关特性的影响，其原理图与相关开关波形如图1、图2所示。
图1 改进抑制串扰驱动电路
图2 改进驱动电路相关波形
为了验证改进抑制串扰驱动电路的有效性，本文基于 SiC MOSFET 器件 C2M0080120D，搭建了如图3所示的双脉冲测试实验平台，并对传统驱动电路、典型抑制串扰驱动电路、改进抑制串扰驱动电路进行了实验对比。
图4给出了改进抑制串扰驱动电路原理，图4~图6分别给出了驱动电阻为10Ω，输入电压为400V，负载电流为5A时，不同驱动电路的实验波形。
图3 双脉冲测试实验平台
图4 传统驱动电路实验波形
图5 典型驱动电路实验波形
图6 改进驱动电路实验波形
不同驱动电路实验对比结果如表1所示。
表1 不同驱动电路实验对比结果
结论
所得主要结论如下：
①传统无辅助支路的SiC MOSFET驱动电路，桥臂串扰现象明显。典型抑制串扰驱动和本文所提改进驱动电路都能有效抑制串扰问题。
②无论是典型抑制串扰驱动电路，还是本文提出的改进驱动电路，SiC MOSFET开关损耗都会随驱动电阻、输入电压、负载电流的增大而增加；而SiC MOSFET开关延时受输入电压与负载电流影响相对较小，但也会随驱动电阻的增大而增加。
③相比典型抑制串扰驱动设计，本文所提改进驱动设计有效降低了开关延时与损耗，且随着驱动电阻、输入电压、负载电流增大，降低SiC MOSFET开关损耗的效果更明显，进一步说明本文所提方法在抑制串扰和提高开关特性方面更具优势。
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