在當(dāng)今的電源和電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）MOSFET 的應(yīng)用正變得越來越廣泛。隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，開關(guān)損耗也在持續(xù)降低。然而，隨著開關(guān)速度的不斷提高，設(shè)計(jì)人員需要更加關(guān)注 MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)電路，以確保對(duì) MOSFET 進(jìn)行安全控制，防止寄生導(dǎo)通現(xiàn)象的發(fā)生，避免功率半導(dǎo)體受到損壞。

在柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，必須保護(hù)敏感的 MOSFET 柵極結(jié)構(gòu)免受過高電壓的影響。Littelfuse 作為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)，提供了高效的保護(hù)解決方案，有助于限度地延長(zhǎng)電源的使用壽命、提高其可靠性和魯棒性。

柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)措施

對(duì)于 SiC - MOSFET 驅(qū)動(dòng)器電路的穩(wěn)健性，有幾個(gè)關(guān)鍵問題需要考慮。除了驅(qū)動(dòng)器安全切換半導(dǎo)體的主要任務(wù)外，各種驅(qū)動(dòng)器還具備短路保護(hù)功能。此外，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)措施來防止寄生開關(guān)至關(guān)重要，例如在關(guān)斷狀態(tài)下施加負(fù)柵極電壓。負(fù)柵極電壓可以增加 MOSFET 柵極閾值電壓的偏移量，提高開關(guān)單元對(duì)電壓斜坡的抗擾度。

另一項(xiàng)重要措施是保護(hù) MOSFET 的柵極，防止靜電放電（ESD）事件或電路中的寄生效應(yīng)造成過壓浪涌。硅基功率半導(dǎo)體，如 Si - IGBT 和 Si - MOSFET 通常具有對(duì)稱的柵極額定電壓，這種額定值允許使用對(duì)稱 TVS 二極管進(jìn)行柵極保護(hù)，但實(shí)際上并非必要，因?yàn)楣钖艠O電壓的額定值足以高于應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)電壓。然而，與硅器件不同，SiC - MOSFET 的負(fù)柵極電壓額定值通常明顯低于正柵極電壓額定值。因此，使用兩個(gè)獨(dú)立的 TVS 二極管進(jìn)行非對(duì)稱保護(hù)是常見的做法。Littelfuse 現(xiàn)在提供的 SMFA 型集成式非對(duì)稱雙向 TVS 二極管，有助于有效減少寄生效應(yīng)和 PCB 面積，尤其在快速開關(guān) SiC 應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)明顯。

產(chǎn)品選擇

Littelfuse SMFA 非對(duì)稱系列 TVS 二極管可有效保護(hù) SiC - MOSFET 柵極免受正向和負(fù)向過電壓浪涌的影響。根據(jù)所需的 SiC - MOSFET 柵極額定電壓，SMFA 封裝可從 17.6~23.4 V 的正擊穿電壓中選擇，同時(shí)負(fù)向擊穿電壓被設(shè)置在 7.15V。有關(guān)元件的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見表 1。SMFA 非對(duì)稱 TVS 根據(jù) IEC 61000 - 4 - 2 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，采用 SOD - 123FL 扁平封裝。

圖 2 顯示了 SMFA 型非對(duì)稱 TVS 二極管的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)箝位性能。出于測(cè)試目的，提高了驅(qū)動(dòng)器電壓以顯示 TVS 二極管的動(dòng)態(tài)箝位。需要注意的是，SMFA TVS 二極管不適合限制過高的驅(qū)動(dòng)器電壓。

結(jié)論

憑借新型集成非對(duì)稱 TVS SMFA 系列，Littelfuse 提供了一種創(chuàng)新的解決方案，可限度地提高 SiC MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器電路的穩(wěn)健性。同時(shí)，這種解決方案具有成本效益高、所需 PCB 空間更小、寄生效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，為 SiC MOSFET 柵極保護(hù)提供了更優(yōu)的選擇。