各種拓撲結構中SiC MOSFET的出現(xiàn)大大提高了性能和效率。但是，如果使用不當，工程師會很快發(fā)現(xiàn)自己對設備故障感到沮喪。與客戶的看法形成鮮明對比的是，這些故障通常不是SiC MOSFET技術的固有弱點，而是圍繞柵極環(huán)路的設計選擇。特別是，對高端設備和低端設備之間的導通交互作用缺乏關注會導致因錯誤的電路選擇而引發(fā)的災難性故障。在本文中，我們表明，在柵極電路環(huán)路中使用柵極源電容器進行經(jīng)典的阻尼工作是一個巨大的隱患，并且是SiC MOSFET柵極經(jīng)常被隱藏的殺手。這種抑制閘門振動的做法，為了改善開關瞬態(tài)，實際上會在柵極上造成很大的應力。通過測量不容易看到這種應力，因為它們出現(xiàn)在內(nèi)部柵極節(jié)點上，而不是外部可測量的節(jié)點上，這要歸功于CGS，似乎被很好地弄濕了。此外，我們討論了必須給予SiC MOSFET體二極管的注意。SiC MOSFET的體二極管周圍存在許多誤解，以至于即使是資深技術人員有時也認為該體二極管是無反向恢復的。實際上，我們證明了SiC MOSFET的體二極管，尤其是平面柵極器件，可能是造成柵極損壞的罪魁禍首。

為什么需要注意SiC MOSFET柵極？盡管具有常規(guī)的SiO2柵氧化物，但是該氧化物的性能比常規(guī)的基于Si的半導體中的經(jīng)典的Si-SiO2界面差。這是由于在SiC的Si端接面上生長的SiO2界面處的固有缺陷。相對于基于Si的器件，這使氧化物更容易受到過電壓的影響，并且其他電應力極大地限制了VGSMax。

圖1顯示了SiC MOSFE的活潑二極管，小QRR和短trr很難測量，并且經(jīng)常與測試系統(tǒng)的寄生電容相混淆。但是，在IRR回程管腳中可能會發(fā)生di / dt> 40 A / ns的情況。這種超快的IRR事件可能會使器件本身的VGS上拉超過V的電壓，并在每個導通周期內(nèi)引起嚴重的過應力。產(chǎn)生的過沖與IRR速度成正比。最終，這種持續(xù)的壓力將導致災難性的失敗。

圖1：反向恢復電流SiC MOSFET

除了使能的門上的過應力外，禁用的門也會受到影響。如果VGS> Vth，則ID開始在禁用的設備中流動。直通電流將導致諧振電路的進一步激勵，并可能發(fā)生直通電流引起的自持振蕩。如圖2所示。

圖2：SiC MOSFET的開關瞬態(tài)：VDD= 720V，ID= 20A，TC= 175°C，RG=10Ω，CGS= 10nF

通常，設計人員試圖通過添加一個外部CGS電容器來減輕這些振蕩效應（圖2中所示的影響）。這個電容器可以方便地抑制振蕩，并且似乎可以解決問題?？梢钥吹降氖聦嵤?，衰減和由此產(chǎn)生的干凈的示波器圖像類似于真實門外的事件，設計人員實際上在做的事情正在惡化對真實門的影響。外部CGS會增加一個諧振腔，并使柵極上快速IRR瞬變（反跳）的影響惡化。使用物理的，可擴展的SPICE模型，可以研究這些難以探測的效果，并會很快注意到CGS電容器。圖3顯示了仿真原理圖，圖4顯示了最終結果，顯示了由快速IRR和添加的阻尼電容器之間的相互作用引起的VGS上的7 V過應力。

圖3：仿真示意圖

圖4：仿真分析

使用SiC MOSFET成功進行高速開關的關鍵是對柵極電路和所用器件的驅(qū)動條件進行適當?shù)恼{(diào)整，仔細閱讀數(shù)據(jù)手冊將迅速揭示當前器件內(nèi)部RG的快速范圍。此外，移除外部CGS電容器，設置正確的外部柵極電阻RG，并使用具有源極感測的封裝（TO-247-4L，D2PAK-7L或類似產(chǎn)品），并結合正確的柵極環(huán)路設計，將產(chǎn)生最好的切換。如果要照顧到其余的環(huán)路寄生電感，則啟用超過120 V / ns和6 A / ns的瞬態(tài)電壓（使用同類最佳的MOSFET）。

編輯：hfy