柵極驅(qū)動(dòng)的評(píng)估事項(xiàng)：柵極誤導(dǎo)通

首先需要了解的是：接下來要介紹的不是全SiC功率模塊特有的評(píng)估事項(xiàng)，而是單個(gè)SiC-MOSFET的構(gòu)成中也同樣需要探討的現(xiàn)象。在分立結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，該信息也非常有用。

“柵極誤導(dǎo)通”是指在高邊SiC-MOSFET＋低邊SiC-MOSFET的構(gòu)成中，SiC-MOSFET切換（開關(guān)）時(shí)高邊SiC-MOSFET的柵極電壓產(chǎn)生振鈴，低邊SiC-MOSFET的柵極電壓升高，SiC-MOSFET誤動(dòng)作的現(xiàn)象。通過下面的波形圖可以很容易了解這是什么樣的現(xiàn)象。

綠色曲線表示高邊SiC-MOSFET的柵極電壓VgsH，紅色曲線表示低邊的柵極電壓VgsL，藍(lán)色曲線表示Vds。這三個(gè)波形都存在振鈴或振蕩現(xiàn)象，都不容樂觀。比如一旦在低邊必須關(guān)斷的時(shí)間點(diǎn)誤導(dǎo)通的話，將有可能發(fā)生在高邊－低邊間流過直通電流（Flow-through Current）等問題。

這種現(xiàn)象是SiC-MOSFET的特性之一–非常快速的開關(guān)引起的。低邊柵極電壓升高是由切換到高邊導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的Vd振鈴、和低邊SiC-MOSFET的寄生柵極寄生電容引起的。

全SiC功率模塊的開關(guān)速度與寄生電容

下面通過與現(xiàn)有IGBT功率模塊進(jìn)行比較來了解與柵極電壓的振鈴和升高有關(guān)的全SiC功率模塊的開關(guān)速度和寄生電容的特征。

開關(guān)速度：與IGBT的比較

下圖是開關(guān)導(dǎo)通時(shí)和開關(guān)關(guān)斷時(shí)的dV/dt、即開關(guān)速度與IGBT模塊的比較。SiC模塊的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的dV/dt與IGBT模塊幾乎相同，依賴于外置的柵極電阻Rg。關(guān)斷時(shí)SiC模塊沒有像IGBT那樣的尾電流，因此顯示與導(dǎo)通時(shí)同樣依賴于外置柵極電阻Rg的dV/dt。

寄生電容：與IGBT的比較

MOSFET（IGBT）存在柵極－漏極（集電極）間的Cgd（Cgc）、柵極－源極（發(fā)射極）間的Cgs（Cge）、漏極（集電極）－源極（發(fā)射極）間的Cds（Cce）這些寄生電容。其中與低邊柵極電壓升高相關(guān)的是Cgd和Cgs。

下面的左圖表示Cgd（Cgc）、Cgs（Cge）與Vds（Vce）之間的關(guān)系。未指定是SiC模塊的曲線是IGBT的曲線。如各曲線所示，相應(yīng)寄生電容同等，其特性也相似。右圖為Cgd（Cgc）和Cgs（Cge）的比，被稱為“柵極寄生電容比”，是對(duì)低邊柵極電壓升高有影響的參數(shù)。這里給出了同等程度的寄生電容，以便根據(jù)左圖的電容值直觀地考量。

柵極電壓升高的機(jī)制

前面也提到過，低邊SiC-MOSFET的柵極電壓升高是由高邊SiC-MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的dV/dt速度太快引起的，因低邊SiC-MOSFET的柵極寄生電容與柵極阻抗而產(chǎn)生柵極電壓升高⊿Vgs。

SiC-MOSFET的開關(guān)導(dǎo)通速度依賴于外置柵極電阻Rg，如上圖所示，Rg越小則dV/dt越大。

關(guān)于柵極寄生電容，它是本質(zhì)上存在且無法調(diào)整的，因此在存在一定量的柵極寄生電容的前提下，將低邊柵極阻抗作為⊿Vgs的因數(shù)，來探討可調(diào)整的外置柵極電阻Rg。

該圖表示低邊柵極電壓升高⊿Vgs和高邊外置柵極電阻Rg_H及低邊外置柵極電阻Rg_L之間的關(guān)系。從圖中可以看出，高邊的Rg_H越小，即dV/dt速度越快，以及低邊的外置柵極電阻越大，⊿Vgs越大。
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下次將根據(jù)以上這些考察來探討對(duì)柵極電壓升高的處理方法。

審核編輯：郭婷