运用要点：閘極驅動　其1

從本文開始將探討如何充分發揮全SiC功率模組的優異性能。此次作為閘極驅動的“其1”介紹閘極驅動的評估事項,在下次“其2”中介紹處理方法。

閘極驅動的評估事項:閘極誤導通

首先需要瞭解的是:接下來要介紹的不是全SiC功率模組特有的評估事項,而是單個SiC-MOSFET的構成中也同樣需要探討的現象。在離散式結構的設計中,該資訊也非常有用。

“閘極誤導通”是指高压侧SiC-MOSFET +低端SiC-MOSFET的構成中,SiC-MOSFET轉換(切换)時高压侧SiC-MOSFET的閘極電壓產生振鈴,低端SiC-MOSFET的閘極電壓升高,SiC-MOSFET誤動作的現象。通過下面的波形圖可以很容易瞭解這是什麼樣的現象。

绿色曲线表示高端的SiC-MOSFET的闸极电压VgsH，红色曲线表示低端的闸极电压VGSL，蓝色曲线表示的Vds。这三个波形都存在振铃或振荡现象，都不容乐观。比如一旦在低侧必须关闭的时间点误导通的话，将有可能发生在高/低压侧间流过贯通电流（流通电流）等问题。

这种现象是的SiC-MOSFET的特性之一 - 非常快速的开关引起的。低侧闸极电压升高是由于高侧转换产生的Vd的振铃，和低端的SiC-MOSFET的寄生闸极寄生电容引起的。

全SiC功率模組的開關速度與寄生電容

下面通過與現有IGBT功率模組進行比較來瞭解與閘極電壓的振鈴和升高有關的全SiC功率模組的開關速度和寄生電容的特徵。

開關速度:與IGBT的比較

下圖是開關在時和開關了時的dV / dt,即開關速度與IGBT模組的比較.SiC模組的開關導通時的dV / dt與IGBT模組幾乎相同,與外接的閘極電阻Rg有相關.OFF時SiC模組沒有像IGBT那樣有尾電流,導通時同樣的dV / dt與外接閘極電阻Rg有相關。

寄生電容:與IGBT的比較

场效应晶体管(IGBT)存在閘極——汲極(集極)間的全球发展中心(公司治理文化),閘極——源極(射極)間的cg (Cge),汲極(集極)——源極(射極)間的cd (Cce)這些寄生電容。其中與LowSide閘極電壓升高相關的是这份报告和研究生院理事会。

下面的左圖表示全球发展中心(公司治理文化),研究生院理事会(Cge)與Vds公司(Vce)之間的關係。未指定是SiC模組的曲線是IGBT的曲線。如各曲線所示,相應寄生電容同等,其特性也相似,右圖為Cgd(公司治理文化)和研究生院理事会(Cge)的比,被稱為”閘極寄生電容比”,是對偏低閘極電壓升高有影響的參數。這裡以相同程度的寄生電容做表示,以便根據左圖的直接電容值進行估算。

閘極電壓升高的機制

前面也提到过，低侧的SiC-MOSFET的闸极电压升高是由高压侧的SiC-MOSFET开关导通时的的dV / dt速度太快引起的，因低压侧的SiC-MOSFET的闸极寄生电容与闸极阻抗（阻抗）而产生闸极电压升高⊿Vgs。

SiC-MOSFET的開關導通速度與外接閘極電阻Rg相關,如上圖所示,Rg越小則dV / dt越大。

關於閘極寄生電容,它是本質上存在且無法調整的,因此在存在一定量的閘極寄生電容的前提下,將偏低閘極阻抗(阻抗)作為⊿vg的因數,來探討可調整的外接閘極電阻Rg。

该图表示低侧闸极电压升高⊿Vgs和高端外接闸极电阻Rg_H及低端外接闸极电阻Rg_L之间的关系。从图中可以看出，高端的Rg_H越小，即的dV /dt的速度越快，以及低端的外接闸极电阻越大，⊿Vgs越大。

下次將根據以上這些考察來探討對閘極電壓升高的處理方法。