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電子發燒友網報道（文/李誠）近年來，隨著光伏、軌道交通、汽車電子產業的快速發展，以及對性能與效率的追求，具有寬禁帶、高擊穿場強、高熱導率、高電子飽遷移率的碳化硅材料，得到了越來越多廠商的關注和廣泛的應用。

碳化硅最大的優勢在于效率的提升，以汽車電力牽引逆變器為例，使用碳化硅MOSFET轉換效率會比硅基IGBT有5%~8%的續航提升，這也就意味著在相同的電池容量下，用碳化硅MOSFET的車輛可以減少5%~8%的電池配備。從成本角度來衡量，使用碳化硅器件還是具有一定經濟效益的。

因此，如何提升碳化硅器件的性能，也成為了備受關注的問題。在電路設計層面，柵極驅動電路作為功率器件與電源系統的通信橋梁，是驅動碳化硅功率器件的關鍵技術之一。因此，在器件選型和柵極驅動電路設計方面尤為重要。下文將向大家介紹該，如何從器件選型到環路設計，提升碳化硅器件的性能。

柵極驅動器件選型

在柵極驅動電路驅動芯片選型方面，主要圍繞器件的共模抑制比、驅動能力、驅動延時、驅動電平等幾個維度進行考量。

首先，共模抑制比主要是針對功率管的開關頻率，因為碳化硅MOSFET會比傳統的硅基IGBT有著更高的開關速度。

通常情況下，硅基IGBT的開關頻率只有20KHz左右，在一些風電項目中使用的硅基IGBT可能會更低。而碳化硅MOSFET在硬開關電路中就可以做到100~200KHz，如果應用在軟開關電路中，這一數值還會進一步地提升。因此，在柵極驅動環路設計中，建議使用共模瞬變抗擾度高于100V/ns的驅動芯片。

在進行芯片驅動能力選型時，主要考慮驅動電流的大小，以此確保功率管在工作過程中導通和關斷的可靠性。同時，基于碳化硅器件開關速度較高的電氣特性，在進行器件選型時，驅動延時也是比較重要的一項指標，一般情況下推薦使用延時更低（200ns以下）的驅動芯片。

另外，碳化硅MOSFET驅動電平的選擇也是一個不容忽視的問題，主要是由于目前碳化硅MOSFET驅動電平沒有一個統一的標準對廠商進行制約，導致了不同廠商的每一代產品之間，因為生產工藝，以及參數設計的不同，或多或少都存在著一定的差異，因此，在進行碳化硅MOSFET選型時要注意驅動電平參數。

柵極驅動電路設計

在驅動電路設計方面，想要提升碳化硅MOSFET的性能，首先需要考慮如何減小驅動回路中的雜散電感。因為主動管在開關的過程中，會因為雜散電感對被動管，造成一定的影響。因此，在PCB布線的過程中，除了需要使用ESR和ESL的除膜電容進行就近解耦之外，還需要縮小設計環路的面積，以此減小驅動回路中的雜散電感。

其次，在驅動環路設計過程中，還需要為電路并聯一個輔助電容，在具備充足阻尼比的前提下，可以獲得一個合適的持續時間和較短的振蕩過渡過程，以保證功率管開關的可靠性。

最后，在驅動環路中，還需要設計一個合適的驅動電阻，以此抑制柵源電壓的干擾尖峰和干擾振蕩，防止因為驅動回路截止頻率過低，導致柵源電壓變化過緩增大開關損耗，從而達到提升功率管性能的目的。

結語

在碳化硅MOSFET的柵極驅動電路設計中，不僅僅需要像傳統電路設計一樣，消除環路中的雜散電感，還需要考慮驅動電阻與并聯電容該如何設計，才能在功率管在導通和關斷時，損耗達到最小。

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原文標題：從柵極驅動電路的器件選型到設計，提升碳化硅MOSFET性能

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