【经验】SiC MOSFET的驱动特性及优化
SiC MOSFET（碳化硅MOSFET）以低导通电阻、低开关损耗、高开关频率、高工作结温等优势称为工业界的"明日之星"，但是相对于传统硅基器件，碳化硅器件需要优化相应的外部驱动，以发挥其优异的性能。那碳化硅MOSFET的驱动电路需要注意哪些地方？本文中，国产品牌美浦森将进行具体分析。
1、跨导gm (gm=ΔID/ΔVGS)
下面是28A 碳化硅MOS管的I-V曲线，蓝色曲线是硅基MOSFET的输出曲线中的一根。
由图片可见，硅基 MOSFET在启动区曲线有着很大的斜率，而在饱和区时却很平坦，意味着当VGS＞Vth的时候都会经历一个很高的增益，也就是很大的跨导gm；而通过碳化硅MOSFET的I-V曲线看出，启动区和饱和区并没有明显的过渡，使得碳化硅MOS管看起来更像一个可变的电阻，跨导变化较低。
ID=gm*(VGS-Vth)
VGS的较小变化不会引起很大的电流变化，所以碳化硅MOS管被认为是低跨导的器件。
为了补偿较低的跨导，使电流ID发生较大的变化，同时降低导通电阻RDSon，需要使用更高的栅极电压VGS。所以常见的碳化硅MOS管采用的驱动电压都是18~20V，较低的驱动电压会导致较大的损耗，工作状态不佳，容易造成发热并失效，这个和IGBT类似。
2、导通电阻RDSon(相同电压下，碳化硅单位面积的导通电阻比硅要低)
对于碳化硅MOSFET的导通电阻构成见上图。最主要的是沟道电阻Rch、JFET电阻RJFET和漂移层电阻Rdrift。其中Rch具有负温度系数(NTC)，在VGS较低时占主导地位；而RJFET和Rdrift具有正温度系数(PTC)，在VGS较高时占主导地位。硅基MOSFET在VGS大于Vth时一直表现为正温度系数，正温度系数利于并联，所以如果在需要并联的应用场合中，特别要注意驱动电压VGS，要选得足够大，否则会呈现负温度系数。当然，因为跨导的原因，碳化硅MOSFET也需要更大的驱动电压了。
3、栅极驱动电阻Rg，Qg，Vth
选择合适的Rg无论对于硅基还是碳化硅来说都是至关重要的，Rg太大了会拖慢开关速度从而增加开关损耗，引起发热。但选择太小的Rg又容易因为过高过快的开关速度从而引入较大的电压变化率dv/dt和电流变化率di/dt，从而引发振荡以及串扰(如米勒效应导致的误触发导通等)。所以在满足器件安全可靠的工作前提下，尽可能小的选择驱动电阻Rg。
上图是某型号碳化硅MOSFET的Qg曲线，相对于硅基 MOSFET来说，碳化硅的米勒平台出现时的VGS较大；同时在VGS=0V时，Qg并不为0，所以必须将VGS拉低至负压，使得碳化硅MOSFET的栅极完全放电。几乎所有的碳化硅MOSFET驱动电压的负压都不高于-5V(-8V和-10V比较常见)。同时，必须负压还有一个很重要的因素--Vth。碳化硅MOSFET的阈值电压Vth,其对温度的依赖性很高，随着温度的升高反而下降，Vth很容易就变得很小，如果仅用0V来关断，很容易受到干扰而误导通。
上面是碳化硅MOSFET较为特别的几个参数，根据这些参数，碳化硅MOSFET驱动电路的设计和优化有下面几点建议：
1、一般情况下，-5V＜VGS＜20V的范围能够发挥碳化硅MOSFET的性能，那么提供驱动电压的电源最好能够满足VDD=25V,VEE=-10V，才能够覆盖更广泛的碳化硅型号。
2、VGS电压必须有较快的上升沿和下降沿。
3、需要有最小正负电压的欠压锁定(现在的驱动芯片功能份足选择性也多)。
4、和硅基器件一样，需要有各种保护电路，过电流、短路、钳位等保护功能。
5、对于整个回路的布线尽可能地减小杂散电感，由于较快的开关速度，相对于硅基的要求更高，要求杂散电感尽可能小。
美浦森半导体成立于2008年，总部位于深圳市南山区，在韩国富川，深圳均设有研发中心。是一家集研发、设计、生产、销售和服务为一体的完整型产业链公司，国家级高新企业。公司产品包括中大功率场效应管，SiC 二极管、SiC MOSFET等系列产品。目前美浦森半导体量产的碳化硅MOS产品如下表，欢迎各位读者做进一步了解。
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SiC-MOSFET让汽车及工业设备更小更高效，宽耐压，开关损耗降低50%
世强硬创联合瑶芯微，爱仕特，派恩杰，瞻芯电子，中电国基南方，带来让汽车及工业设备更小更高效的SiC MOSFET系列产品，最高1700V宽耐压，开关损耗降低50%。
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美浦森半导体 超结MOSFET/高压MOSFET/VD MOSFET/碳化硅二极管/碳化硅MOSFET选型表
目录- SJ MOSFET HV MOSFET VD MOSFET SIC Diode SIC MOSFET
型号- SLF8N60C,SLF12N70S,SLF16N60S,MSD02120G1,SLFT0R360S3,SLD80N04T,MSH080120M1,MSP540S,SLP300N10T,MSH16120G1,SLB130N10G,SLF8N60S,MSNP06065G1,SLF60R099E7,SLF60R180E7D,SLF80R380SJ,SLH60R070E7,SLD100N03T,SLD70R310S3,SLD5N50S2,SLF10N70S,SLM100N03T,SLF65R380E7,SLD70R600S3,SLS30L03T,SLF10N65C,SLF10N65A,SLD2N65S,SLF80R240SJ,SLD65R280E7,SLF14N60S,SLN30N03T,SLF18N50S,SLF12N65S,SLF3101,MSH060065M1,SLF70R500S3,SLF10N65S,SLN40N04G,SLM65R380E7,SLF18N50A,SLF18N50C,SLF12N65C,SLF12N65A,SLW24N50C,MSNP08065G1,SLW9N90C,SLD20N06T,SLF16N50S,SLF70R360S3,SLD80N06T,MS2H20120G1,MSD05120G1,SLF65R565SS,MSD02065G1,SLF20N60S,SLF5N60S,MS2TH60065G1,SLF16N50C,SLF60R380E7,SLD60N04T,MSP08065G1,SLD20N10T,SLP150N06T,MSH20120G1,SLP80N08T,SLF5N60C,SLF18N60S,MSP02065G1,SLF70R310S3,SLF60R070E7,MSK040120M1,SLFT0R600S3,SLL65R170E7,MS2H32120G1,MSK060065M1,MSM06065G1,SLD80R500SJ,SLD840U,MSP04065G1,MS2H40120G1,MSD10120G1,MSF10120G1,SLP32N20C,SLD50N06T,SLF20N50S,SLF18N65S,SLD65R565SS,MSP20065G1,SLD65R380E7,SLF20N50A,SLD70R500S3,SLF20N50C,SLP150N04T,SLF2N60S,SLW60R099E7,SLF8N65C,SLM80N10G,SLP3103,SLF65R280E7,SLF7N70S,MSD06065G1,SLF8N65S,MS2H40065G1,SLF70R600S3,MSP10120G1,MSP06065G1,SLD840UZ,SLD70R360S3,SLP3205T,SLP3710T,SLF5N65C,SLF10N60C,SLF730S,SLP50N06T,MS2H32065G1,SLF14N65S,SLM90N06G,MSP10065G1,SLM180N04G,MSP16065G1,SLF10N60S,MSK025120M1,SLF12N60C,SLF840C,SLF65R170E7,SLD90N02T,MSNP10065G1,MSK080120M1,SLH65R070E7,SLF16N65S,SLF13N50C,SLD5N50S,SLF20N65S,SLF13N50A,MSD04065G1,SLF60R280E7,SLB120N08G,SLD80N03T,SLP150N03T,SLD80R850SJ,SLF5N65S,SLD80R600SJ,SLF13N50S,SLM20L10T,SLF7N80C,SLD150N03T,SLM60N10G
瞻芯电子SiC MOSFET选型表
瞻芯电子提供以下参数选型：汽车级&工业级，VDS（V）：650V~1700V，RDS(ON) ：15mΩ~10000mΩ。
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产品型号
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品类
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Qualification
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VDS（V）
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RDS(ON) （mΩ）
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ID（TC=25°C）（A）
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VTH（ TJ =25°C）（V）
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VTH（ TJ =175°C）（V）
|
Qg（nC）
|
Operating Junction Temperature（°C）
|
Package
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IV2Q06025T4Z
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SiC MOSFET
|
汽车级
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650V
|
25mΩ
|
99A
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2.8V
|
2.0V
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125.0nC
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-55°C to 175°C
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TO247-4
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选型表 - 瞻芯电子 立即选型
1700V SiC MOSFET在大功率能源及工业领域的应用
1700V SiC MOSFET的低开关损耗可提高开关频率，且每个单元的总体尺寸大幅减小。同时，1700V的高阻断电压还可减少达到相同直流电压所需的单元数。在以上种种简化和优化后，终端应用的系统可靠性大大提升，而更少的有源开关和栅极驱动器也降低了整体成本。SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。
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型号- BD7673AG,SMLEN3BC8T,BA4560RFVM,RBQ20NS65A,RFN20NS6S,BM2LB300FJ-C,BA4560RFVT,RASMID,BD7602GUL,RFUH20NS3S,BD82001FVJ-LB,SMF26V,MD56V72161C-XXTAP,RB058LAM150,SDR,BD50FA1MG-M,BD9109FVM-LB,RB088LAM-60,RB238NS150,SML-D12Y8W,BR25H128,SML-P11DT,VS17VUA1LAM,GMR50/5025,RFUH20NS4S,RGTH40TK65,STM 431J,SCT2280KE,BA82904YFVM-C,CSL1301R2T,ECO 200,BA2902YF-LB,BA4560YFV-M,RB298T100,BD46EXX1G-M,SMF24V,BU7250G,SML-D12U1W,BD71L4LG-1,BR25H160,SFR,BR25A512,RGCL80TK60,RGPR20BM36HR,BD12732FVM,BD12732FVJ,PTM 330,BU7251SG,BA2901YFV-M,BU21181FS,BU7251G,BD87A34FVM,BU7462FVM,BD12732FVT,BD52XXG-2C,LM2903F,RBR30NS30A,BU7291G,MD56V62161M-XXTAL42X,GSSSMR320,LM339F,MD56V72161C-XXTAL42X,BA2901YFV-C,BR93AXX-WM,BA2902SF,SMF22V,SML-D12Y3W,ML610400,BD2066FJ-LB,SCT2160KE,BAXXDD0T,SCM-013RT,LM2904F,BAXXDD0W,BU9829GUL-W,PTM 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瞻芯电子推出采用SOT-227封装的SiC模块产品，助力高效、大功率工业应用
近日，瞻芯电子推出了一系列采用SOT-227封装的碳化硅(SiC) MOSFET、碳化硅(SiC)二极管以及混合封装产品。采用SOT-227封装的产品具有模块体积小、热阻低、通流能力强的特点，同时，SOT-227为内绝缘封装，安装简便，也更安全。
应用方案 发布时间 : 2024-06-28
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定制液冷板尺寸5mm*5mm~3m*1.8m，厚度2mm-100mm，单相液冷板散热能力最高300W/cm²。
最小起订量： 1片 提交需求>
可根据用户的MOSFET管进行参数检测出具报告，静态参数最大电压:7500V、检测最大电流6000A；动态参数最大电压:3300V、检测最大电流:4500A。该测试标准满足GB、IEC及行业标准等，具备可靠性评估及老化实验能力。
实验室地址： 西安 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
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