【導讀】近年來，以SiCMOSFET 為代表的寬禁帶半導體器件因其具有高開關頻率、高開關速度
、高熱導率等優點，已成為高頻、高溫、高功率密度電力電子變換器的理想選擇。然而隨著SiC MOSFET開關速度加快，橋式電路受寄生參數影響加劇，串擾現象更加嚴重。由於SiC MOSFET 正zheng向xiang閾yu值zhi電dian壓ya與yu負fu向xiang安an全quan電dian壓ya較jiao小xiao，串chuan擾rao問wen題ti引yin起qi的de正zheng負fu向xiang電dian壓ya尖jian峰feng更geng容rong易yi造zao成cheng開kai關guan管guan誤wu導dao通tong或huo柵zha源yuan極ji擊ji穿chuan
，進jin而er增zeng加jia開kai關guan損sun耗hao，嚴yan重zhong時shi損sun壞huai開kai關guan管guan，因yin此ci合he適shi的de串chuan擾rao抑yi製zhi方fang法fa對dui提ti高gao變bian換huan器qi工gong作zuo可ke靠kao性xing、提升其功率密度具有重要意義。

產生機理：

正負尖峰電壓主要有兩個地方產生，一個是由於Cgd的充放電產生的電流，另一個是驅動回路中共源的寄生電感產生的感應電壓，兩者都會通過驅動回路影響到柵極電壓。Cgd引起的串擾電壓，主要是由於Cdu/dtdeganyingdianliuliuguoqudonghuiluchanshengzukang，yincijianxiaomenjiqudonghuiluzukang，chuanraodianyafuzhiyehuibianxiao。ergongyuandianganyinqidechuanraodianya，zhuyaoshidianliubianhuazaidianganliangduanchanshengganyingdianyadaozhi

，waijiequdonghuiluzukangyuCgs串聯
，驅動回路阻抗越大，Cgs分壓越小
，所以產生的尖峰也會更小。所以電壓尖峰的產生是由於Cgd以及Ls共(gong)同(tong)導(dao)致(zhi)的(de)結(jie)果(guo)，且(qie)兩(liang)者(zhe)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)與(yu)驅(qu)動(dong)電(dian)阻(zu)大(da)小(xiao)呈(cheng)相(xiang)反(fan)的(de)關(guan)係(xi)。因(yin)此(ci)減(jian)小(xiao)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)要(yao)考(kao)慮(lv)兩(liang)者(zhe)共(gong)同(tong)的(de)影(ying)響(xiang)，分(fen)析(xi)出(chu)哪(na)一(yi)部(bu)分(fen)是(shi)主(zhu)導(dao)，從(cong)而(er)采(cai)取(qu)相(xiang)應(ying)措(cuo)施(shi)，否(fou)則(ze)可(ke)能(neng)適(shi)得(de)其(qi)反(fan)。

正壓尖峰：圖一所示半橋拓撲下，兩個MOS關斷情況下，上管忽然導通，由於A點電壓急劇變化
，會在驅動回路產生壓降，導致下管Vgs電壓升高

，當此電壓高到一定程度，則有可能會發生誤開通。

負壓尖峰：圖一所示半橋拓撲下，上管MOS開通
，下管MOS關斷的情況下


，上管忽然關斷，A點電壓極劇變化
，會使得電流通過下管Cgd流出，導致Vgs產生一個負壓尖峰。

目前市場上主要都是針對Cgd產生的尖峰進行抑製
，包括減小驅動回路阻抗，在GS極並聯外接電容等措施。

另外補充說明，外部測量到的門極電壓並不是真是加在MOS的GS極的電壓，圖一可以看出真實的門極電壓等於測試到的門極電壓減去內部電阻分壓減去Ls產生的感應電壓，可以看出內部電阻越大則測量到的門極電壓也會更大
，所以評估串擾電壓大小需要綜合考慮MOS的內部電阻大小。

圖一 串擾電壓產生及測量誤差原理

benwenzhenduishimianshangchangyongdejianfengyizhifangfajinxingceshiduibi，youyuzhengyajianfenghuidaozhiqiaobizhitong，suoyihenduogongchengshigengduoguanzhuzhengyajianfengerhushilefuyajianfengruguofuyajianfengchangqichuyujiaodadeshuipingduiqijianshoumingjikekaoxingdouhuichanshengyingxiang，xiashuceshijuncaiyongshuangmaichongdefangshiceshichuanraodianya，zhongdianguanzhudedianrutuersuoshi
，muqianchangyongdeqizhongchuanraoyizhifangfaruxiabingzaitusanzhongbiaozhu。

1、改變驅動電阻大小（本文中測量的下管串擾電壓，逐步增大上管的Rg）

2、外加Cgs電容

3、外部增加TVS管抑製

4、芯片集成米勒鉗位方法

5
、改變驅動負壓

6、改進型三極管鉗位電路

7、正負壓二極管鉗位電路

圖二 重點關注串擾電壓時刻

圖三 七種串擾抑製方法

本次采用派恩傑SiC MOSFET P3M12080K3進行串擾測試，分析上述方法對串擾影響的大小。P3M12080K3這個產品封裝是TO247-3，這種封裝相對來說串擾會更大
，更便於觀察電路對串擾大小的調節效果。

表一為七種方法對串擾的影響測試結果

表一 七種串擾抑製方法測試結果

變Rg的串擾正壓如圖四所示：

圖四 變Rg串擾正壓測試結果

變Rg的串擾負壓如圖五所示：

圖五 變Rg串擾負壓測試結果

可以看出隨著Rg的逐漸增大，串擾正壓是逐漸降低的，而串擾負壓隨著Rg的變化無明顯改變。

變Cgs的串擾正壓如圖六所示：

圖六 變Cgs串擾正壓測試結果

變Cgs的串擾負壓如圖七所示：

圖七 變Cgs串擾負壓測試結果

可以看出：

1、隻有當外部Cgs大到一定程度，串擾電壓才能看到明顯的改善；

2
、使用外部穩壓管對串擾正壓基本沒有作用，對串擾負壓有一定程度的改善
；

3、使用芯片米勒鉗位功能可以非常有效的減小串擾正壓和串擾負壓
；

4、降低驅動負壓可以將串擾正壓同步拉低，但是串擾負壓會變得更大；

5
、使用改進型的三極管鉗位電路對串擾正負壓都有非常明顯的抑製作用；

6
、使用二極管鉗電路對串擾正壓改善作用不大

，但是對串擾負壓有明顯的抑製作用。

綜合以上測試結果，我們可以對串擾抑製方法進行總結：

1、芯片門極米勒鉗位、改進型三極管鉗位電路、增大Rg對串擾正壓都有明顯的改善作用；

2


、芯片門極米勒鉗位、改進型三極管鉗位電路、二極管鉗位電路對串擾負壓有明顯的改善作用，其中芯片門極米勒鉗位和二極管鉗位電路原理一樣，芯片門極米勒鉗位是通過內部MOS的寄生二極管接到VEE起到了鉗位作用；

3


、對於定型的產品需要改善串擾，可以通過增大Rg去減小串擾正壓
，但是器件開關損耗會增大，需要工程師自行平衡；對於新設計的產品，建議優先選擇帶米勒鉗位的驅動芯片進行設計，如芯片不帶米勒鉗位建議選擇改進型三級管鉗位電路抑製串擾。

附錄為測試波形，如圖八、圖九、圖十。

圖八 未做任何串擾抑製措施

圖九 僅使用芯片米勒鉗位測試結果

圖十 使用改進型三極管鉗位電路測試結果

來源：三代半煉金術師 

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