【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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