碳化硅的材料特性：與硅相比碳化硅具有更高的帶隙和更高的擊穿電壓，具有稍低的電動(dòng)性，但飽和速度幾乎是硅的兩倍，導(dǎo)熱率幾乎是硅的三倍。

    寬禁帶和更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)適合于制造高壓低導(dǎo)通電阻的開關(guān)器件 MOSFET，同樣的導(dǎo)通電阻 RDS（ON）基于碳化硅的 MOSFET 擁有小得多芯片面積和寄生電容以及更快的開關(guān)速度，從而降低開關(guān)損耗；降低開關(guān)損耗可以提高系統(tǒng)效率，使得系統(tǒng)能夠在更高的開關(guān)頻率下工作，而高的開關(guān)頻率可以減小系統(tǒng)中的無源元件的尺寸，比如電容、電感、變壓器等；另一方面碳化硅材料擁有更高的導(dǎo)熱率可以降低熱阻減少散熱方面的要求。

    總結(jié)一下就是碳化硅器件擁有三方面的優(yōu)勢(shì)：

    （1）高壓低導(dǎo)通電阻；

    （2）開關(guān)速度快、低開關(guān)損耗；

    （3）低熱阻；

    主要商用碳化硅器件基本是1700V、1200V、900V電壓等級(jí)，也有一些650V的，但是相對(duì)硅器件導(dǎo)通損耗的優(yōu)勢(shì)會(huì)比較小，以上是SiC和Si MOSFET的比較。

    

    對(duì)于650V上的硅器件，IGBT被廣泛的應(yīng)用于各種場(chǎng)合，那么SiC MOSFET跟Si IGBT 相比有什么優(yōu)勢(shì)呢？

    

    首先從導(dǎo)通上講，MOSFET具有基本線性的 I-V曲線，而IGBT有0.5V 到1V的切入電壓，這會(huì)導(dǎo)致小電流的時(shí)候的高導(dǎo)通損耗；

    其次IGBT沒有自帶的體二極管，所以應(yīng)用時(shí)候大部分需要并聯(lián)硅二極管；

    從開關(guān)速度上講，IGBT作為雙極型器件相對(duì)于單極性器件MOSFET開關(guān)速度慢損耗大，特別是在高溫的時(shí)候開關(guān)損耗增加很快；同時(shí)與IGBT并聯(lián)的硅二極管會(huì)有比較大的反向恢復(fù)，特別是在硬開關(guān)情況下，通常IGBT 的開關(guān)頻率會(huì)被限制在幾十 kHz 以內(nèi)。

    碳化硅MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)的要求跟硅器件對(duì)驅(qū)動(dòng)要求類似，通常會(huì)包括以下幾個(gè)方面。

    首先是隔離要求，其次是高的CMTI ，以及快速過流和短路保護(hù)，短的時(shí)間延時(shí)、高驅(qū)動(dòng)電壓。

    首先是需要高輸出驅(qū)動(dòng)電壓，SiC MOSFET根據(jù)不同廠商器件，需要 15V-20V 驅(qū)動(dòng)電壓以達(dá)到低的導(dǎo)通電阻；通常早期的產(chǎn)品需要20V的驅(qū)動(dòng)，新的產(chǎn)品為了盡量跟Si MOSFET兼容驅(qū)動(dòng)電壓也可以是15V。但是另一方面通常關(guān)斷的時(shí)候需要提供負(fù)壓驅(qū)動(dòng)，這跟SiC MOSFET的低閾值電壓和防止米勒效應(yīng)引起的誤導(dǎo)通相關(guān)，負(fù)壓偏置通常在-3V 和-5V之間。

    高的驅(qū)動(dòng)電壓可以降低導(dǎo)通電阻從而減小導(dǎo)通損，但是 SiC MOSFET的門極電壓通常不能超過25V或者18V，所以需要驅(qū)動(dòng)電壓有比較精確地控制，一方面達(dá)到低損耗，另一方面實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行。

    強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力可以提高開關(guān)速度減小開關(guān)損耗；但是另外一方面快速的電壓電流變化，會(huì)因?yàn)殡娐犯鞣N寄生參數(shù)引起噪音而振蕩，特別是高 dv/dt會(huì)通過驅(qū)動(dòng)輸入輸出側(cè)之間的耦合電容耦合到輸入側(cè)，從而導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤或者驅(qū)動(dòng)損壞，所以碳化硅驅(qū)動(dòng)必須具有很高的CMTI能力，SiC MOSFET 的開關(guān)速度能夠達(dá)到 100V/ns。

    碳化硅器件驅(qū)動(dòng)的另外一個(gè)關(guān)鍵要求是更快的短路保護(hù)；碳化硅器件正常的時(shí)候工作在線性區(qū)，短路的時(shí)候進(jìn)入飽和區(qū)，短路時(shí)電流一直會(huì)隨柵源極電壓上升而上升，從而導(dǎo)致短路時(shí)瞬時(shí)功率密度很大。這也是為什么 SiC MOSFET需要在兩微秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行保護(hù)。

    對(duì)于碳化硅器件驅(qū)動(dòng)的另一個(gè)要求是較短的傳播延遲，從而可以設(shè)置更短的死區(qū)時(shí)間；因?yàn)閷?duì)于半橋電路在死區(qū)的時(shí)候，電流會(huì)通過MOS管的體二極管，然而體二極管具有相對(duì)較大的電壓降，這在開關(guān)周期中會(huì)增加一些損耗，特別對(duì)于很高頻率的應(yīng)用影響會(huì)更明顯，因?yàn)橹芷诙趟绤^(qū)時(shí)間占的比例大。

    

    對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)和器件的PCB走線方面有哪些需要注意的問題呢？

    首先在驅(qū)動(dòng)環(huán)路里面會(huì)包括一部分功率環(huán)路的源極寄生電感，開關(guān)暫態(tài)的時(shí)候，di/dt 在此電感 LCS 上引起的電壓，會(huì)減慢開關(guān)速度也會(huì)增加門極振蕩噪音；可能的緩解辦法包括：使用單獨(dú)的 kelvin 源極回路，如果器件封裝提供單獨(dú)的引腳的話，比如說 TO247 四腳封裝；但是如果沒有這個(gè)選擇的話，需要將驅(qū)動(dòng)的地以最短路徑直接接到器件的源極引腳而不要通過 PCB 上的功率線。

    第二個(gè)寄生參數(shù)是米勒電容 CGD，這包括碳化硅器件的本身的電容和 PCB 的寄生電容，這個(gè)電容在高 dv/dt 時(shí)候的耦合電流，有可能會(huì)導(dǎo)致半橋互通；器件本身電容無法改變，對(duì)于 PCB 要盡量減少門極和漏極之間的走線的重疊。

    第三個(gè)寄生參數(shù)就是輸出電容了，就是圖中的 CGD、CDS 之和，這包括器件本身的電容和PCB 的寄生電容，這部分電容會(huì)增加開關(guān)損耗，特別對(duì)于高開關(guān)頻率影響更加明顯，所以也需要盡量避免PCB 上漏極和源極之間的走線重疊。

    第四個(gè)寄生參數(shù)是功率環(huán)路的寄生電感，在器件關(guān)斷的時(shí)候，這會(huì)導(dǎo)致過高的柵極超調(diào)電壓，給器件帶來額外的電壓應(yīng)力，所以需要盡可能優(yōu)化 PCB 布局，以及并聯(lián)無感電容來減小此電感；另外在短路關(guān)斷的時(shí)候電流 di/dt 很大，為避免電感產(chǎn)生過高的柵極電壓可以采用軟關(guān)斷或者兩級(jí)關(guān)斷的方法。

    這是短路時(shí)兩級(jí)關(guān)斷的例子，短路時(shí)首先 VDS 電壓從 15V 降到 12V，VDS 產(chǎn)生 60V 的超調(diào)電壓，然后 VDS 再從 12V 降到 -4V，VDS 產(chǎn)生 102V 的超調(diào)電壓。