以Si為襯底的Mosfet管guan因yin為wei其qi輸shu入ru阻zu抗kang高gao
，驅qu動dong功gong率lv小xiao，驅qu動dong電dian路lu簡jian單dan，具ju有you靠kao多duo數shu載zai流liu子zi工gong作zuo導dao電dian特te性xing



，沒mei有you少shao數shu載zai流liu子zi導dao電dian工gong作zuo所suo需xu要yao的de存cun儲chu時shi間jian，因yin而er開kai關guan速su度du快kuai
，工gong作zuo頻pin率lv可ke到dao500kHz
，甚至MHz以上。但是隨著其反向耐壓的提高，通態電阻也急劇上升，從而限製了其在高壓場合的應用。IGBT具有高反向耐壓和大電流特性，但是對驅動電路要求很嚴格，並且不適合工作在高頻場合，一般IGBT的工作頻率為20kHz以下。

 

SiC作為一種寬禁代半導體器件，具有飽和電子漂移速度高、電場擊穿強度高、介電常數低和熱導率高等特性。以SiC為襯底的Mosfet管具有阻斷電壓高、工作頻率高且耐高溫能力強，同時又具有通態電阻低和開關損耗小等特點，是高頻高壓場合功率密度提高和效率提高的應用趨勢。

 

 

目前市麵上常見的SiC Mosfet電流均不大於50A，以常見的1200V/20A為例，列舉了Cree公司與Rohm公司的SiC Mosfet管的部分電氣參數；同樣例舉了Fairchild 與APT公司的1200V/20A Si IGBT係列的電氣參數進行比較；

 

表：SiC Mosfet與Si Mosfet的主要參數對比

 

通過表格性能對比
，可以看出
，SiC Mosfet有三個方麵的性能是明顯優於Si IGBT：

 

1.極其低的導通電阻RDS（ON），導致了極其優越的正向壓降和導通損耗，更能適應高溫環境下工作
；

       

2.SiC Mosfet管具有Si Mosfet管的輸入特性，即相當低的柵極電荷，導致性能卓越的切換速率；

       

3. 寬禁帶寬度材料，具有相當低的漏電流，更能適應高電壓的環境應用
；

 

 

Sic Mosfet具有與Si Mosfet管非常類似的開關特性
，通過對Si Mosfet的特性研究
，其驅動電路具有相同的特性：

 

1. 對於驅動電路來講
，最重要的參數是門極電荷，Mosfet管guan的de柵zha極ji輸shu入ru端duan相xiang當dang於yu是shi一yi個ge容rong性xing網wang絡luo

，因yin此ci器qi件jian在zai穩wen定ding導dao通tong時shi間jian或huo者zhe關guan斷duan的de截jie止zhi時shi間jian並bing不bu需xu要yao驅qu動dong電dian流liu
，但dan是shi在zai器qi件jian開kai關guan過guo程cheng中zhong
，柵zha極ji的de輸shu入ru電dian容rong需xu要yao充chong電dian和he放fang電dian，此ci時shi柵zha極ji驅qu動dong電dian路lu必bi須xu提ti供gong足zu夠gou大da的de充chong放fang電dian脈mai衝chong電dian流liu。如ru果guo器qi件jian工gong作zuo頻pin率lv越yue快kuai，柵zha極ji電dian容rong的de充chong放fang電dian時shi間jian要yao求qiu越yue短duan，則ze要yao求qiu輸shu入ru的de柵zha極ji電dian容rong越yue小xiao
，驅qu動dong的de脈mai衝chong電dian流liu越yue大da才cai能neng滿man足zu驅qu動dong要yao求qiu；

 

2.柵極驅動電路必須合理選擇一定的驅動電壓，柵極的驅動電壓越高，則Mosfet的感應導電溝道越大
，則導通電阻越小；但是柵極驅動電壓太大的話
，很容易將柵極和漏極之間絕緣層擊穿，造成Mosfet管的永久失效；

 

3.為了增加開關管的速度，減少開關管的關斷時間是有必要的；且為了提高Mosfet管guan在zai關guan斷duan狀zhuang態tai下xia的de工gong作zuo可ke靠kao性xing，將jiang驅qu動dong電dian路lu設she計ji成cheng在zai關guan斷duan狀zhuang態tai的de時shi候hou，在zai柵zha極ji加jia上shang反fan向xiang偏pian置zhi電dian壓ya，以yi快kuai速su釋shi放fang柵zha極ji輸shu入ru電dian容rong的de電dian荷he，減jian少shao了le關guan斷duan時shi間jian，使shi得de驅qu動dong電dian路lu更geng可ke靠kao地di關guan斷duanMosfet；但是反向的驅動電壓會增加電路損耗，反向偏置電壓最好不要超過-6V
；

 

4.當驅動對象是全橋或者半橋電路的功率Mosfet，或者是為了提高控製電路的抗幹擾能力
，此時將驅動電路設計成隔離驅動電路；實現電隔離的方式可以通過磁耦合變壓器和光耦合器件
；但是不管采用磁耦合變壓器還是光耦合器件，都要保證耦合器件的延遲時間與耦合分布電容；采用的隔離電源也必須具有高隔離、快速響應時間與低耦合電容的特性。

 

 

從驅動電路的特性來看，要求驅動電源具有以下特性：

 

1.為了適應高頻率的使用要求，要求驅動電源具有瞬時的驅動大功率特性
，即要求具有大的容性負載能力；

       

2.為了適應高電壓應用使用要求

，要求驅動電源具有高耐壓能力並且具有超低的隔離電容，來減少高壓總線部分對低壓控製側的幹擾；

       

3.隔離驅動電源必須具有合適的驅動電壓，即要求電源具有正負輸出電壓，並且正負輸出電壓不是對稱輸出特性；

 

金升陽針對SiC隔離驅動電路的特點，推出了SiC Mosfet驅動專用電源QA01C。該電源電氣性能參數全部達到SiC Mosfet驅動電路的要求
，如：

        

●不對稱驅動電壓，輸出電壓 +20/-4VDC 輸出電流+100/-100mA

●大容性負載能力
，容性負載為220uF

●高隔離電壓
，達到3500VAC

●極低的隔離電容

，低至3.5pF

 

圖1：金升陽SiC Mosfet驅動專用電源QA01C

 

此驅動電源還滿足了其他性能參數特點，具體功能如下：

       

●效率高達83%

●工作溫度範圍: -40℃ ~ +105℃                                

●可持續短路保護

 

QA01C具有完整的驅動電路推薦，通過SiC驅動專用電源得到不對稱的正向驅動電壓20V
，負向偏置關斷電壓-4V；為了防止驅動電壓對柵極造成損壞，增加D2和D3來吸收尖峰電壓是很有必要的。SiC驅動器采用一般驅動芯片即可；為了實現控製信號與主功率回路的隔離，需要采取隔離措施，推薦采用常見的光耦隔離方案。采用的光耦必須具有高共模抑製比（30KV/us）和比隔離電源大的隔離耐壓並且具有極小的延遲時間來適應SiC Mosfet管的高頻率工作特性。

 

圖2：SiC驅動電路推薦

 

 

通過對SiC Mosfet管與Si IGBT管相關電氣參數進行比較，我們發現SiC Mosfet將成為高壓高頻場合下的應用趨勢。根據對SiC Mosfet管的開關特性的研究，金升陽推薦了能簡化其隔離設計的專用電源QA01C，同時也推薦了基於SiC Mosfet的驅動電路。