如何为SiC MOSFET选择合适的栅极驱动器

按名责实

　栅极驱动器

　　碳化硅(SiC)MOSFET在功率半导体行业取得重大进展，得益于其一系列优于硅基开关的优势，包括更快的开关速度、更高的效率、更高的工作电压和更高的温度，这也就带来更小、更轻的设计。这些优势让其在一系列汽车和工业应用中寻找到发展空间。不过，碳化硅等宽禁带(WBG)器件也带来了不少设计挑战，如电磁干扰(EMI)、过热和过压等问题，我们可以通过选择合适的栅极驱动器来予以解决。

　　栅极驱动器用于驱动功率器件，因此它是解决功率问题的关键组成部分。要确保碳化硅的优化设计，其中一个方法就是预先谨慎选择栅极驱动器。同时，还需要仔细审视设计的关键要求，包括效率、密度，当然还有成本。因为根据应用要求，总会需要做出一些权衡折衷。

　　尽管碳化硅具有一些固有的优势，但其价格却仍然阻碍其广泛的应用。根据电源IC制造商的说法，除非设计人员考虑解决方案的总成本，否则，如果仅在器件层面比较碳化硅与硅这两者，那么前者无疑更加昂贵而难以证明其价值。

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　　我们首先讨论下SiC相对于硅MOSFET或IGBT有哪些应用上的不同、优势以及权衡。SiC FET较高的击穿电压使其具有较低的导通电阻;其较高的饱和速度则可以实现更快的开关速度;其3倍高的带隙能量则可以实现更高的结温，从而改善冷却;其3倍高的热导率则表明其可以实现更高的功率密度(图1)。

　　业界一致认为，低压硅MOSFET和GaN适用于低于700V的电压范围，而SiC则更适合在高于700V的范围内发挥作用，二者在较小的功率范围有少许重叠。

　　碳化硅主要用于取代600V和3.3kW以上的硅IGBT类应用，而在大约11kW时更是如此，此时对SiC来说更像是一个甜蜜点，也即它具有高电压工作、低开关损耗和更高开关频率的功率级等优势，美国微芯科技(Microchip)分立及电源管理数字栅极驱动器(AgileSwitch)产品线总监Rob Weber指出。

　　这些特性使采用更小的滤波器和无源元件成为可能，而且它还降低了冷却需求。他表示：“我们谈论的是相对于IGBT的系统级优势，它最终将带来尺寸、成本和重量的降低。”

　　“从损耗的角度来看，例如，在30kHz的开关频率下，损耗最高可降低70%。这是由于碳化硅在击穿电场、电子饱和速度、带隙能量和热导率方面具有不同的特性。”Weber表示。