作者：MartinWarnke和YazdiMehrdadBaghaie各种拓扑SiCMOSFET显着提高了性能和效率。但是，如果使用不当，工程师将很快发现自己对设备故障感到沮丧。与客户的看法形成鲜明对比的是，这些故障通常不是SiCMOSFET技术的固有弱点，而是围绕栅极环路的设计选择。特别是，对高端设备和低端设备之间的传导交互作用缺乏关注会导致由错误的电路选择引起的灾难性故障。在本文中，我们证明了在栅极电路环路中使用栅极源电容器进行经典阻尼是一个巨大的隐患，并且是SiC MOSFET栅极通常隐藏的杀手。为了改善开关瞬态，这种抑制栅极振动的方法实际上会在栅极上引起很大的应力。通过测量很难看到这种应力，因为由于CGS，它们出现在内部栅极节点上，而不是在外部可测量节点上，因此似乎被很好地润湿了。此外，我们讨论了必须注意的SiCMOSFET体二极管。 SiCMOSFET的体二极管周围存在许多误解，因此即使是经验丰富的技术人员有时也会认为体二极管没有反向恢复能力。实际上，我们证明了SiCMOSFET的体二极管，尤其是平面栅极器件，可能是造成栅极损坏的元凶。为什么需要注意SiCMOSFET栅极？尽管具有常规的SiO2栅氧化物，但该氧化物的性能不如常规的基于Si的半导体中的经典Si-SiO2界面。这是由于在SiC的Si端面上生长的SiO2界面处固有的缺陷。与基于Si的器件相比，这使氧化物更容易受到过压的影响，其他电应力极大地限制了VGSMax。图1显示了SiCMOSFE的有源二极管。小QRR和短trr很难测量，并且常常与测试系统的寄生电容相混淆。然而，在IRR回程管脚中可能发生di / dt＞ 40A / ns。这种超快IRR事件可能导致设备本身的VGS上拉超过V的电压，并在每个导通周期中造成严重的过应力。产生的过冲与IRR速度成正比。最终，这种持续的压力将导致灾难性的失败。图1：反向恢复电流SiCMOSFET除了使能栅极上的过应力外，禁用栅极也会受到影响。如果VGS＞ Vth，则ID开始在禁用的设备中流动。直通电流将引起谐振电路的进一步激励，并且可能会发生由直通电流引起的自持振荡。如图2所示。图2：SiCMOSFET的开关瞬态：VDD = 720V，ID = 20A，TC = 175°C，RG =10Ω，CGS = 10nF通常，设计人员尝试通过添加一个外部CGS电容器来减小这些振荡效应（图2显示的影响）。该电容器可以轻松抑制振荡，似乎可以解决问题。可以看出，衰减和生成的干净示波器图像类似于真实门外的事件，设计人员的实际工作正在使对真实门的影响恶化。外部CGS会增加谐振腔，并使栅极上快速IRR瞬变（反弹）的影响恶化。使用物理的，可扩展的SPICE模型，您可以研究这些难以检测的效应，并且您会很快注意到CGS电容器。图3显示了仿真示意图，图4显示了最终结果，显示了由快速IRR与添加的阻尼电容器之间的相互作用引起的VGS上的7V过应力。图3：仿真图图4：仿真分析使用SiCMOSFET成功进行高速开关的关键是正确调整栅极电路和所用器件的驱动条件。仔细阅读数据手册将迅速显示当前设备内部RG的快速范围。此外，卸下外部CGS电容器，设置正确的外部栅极电阻RG，并使用带有源极感应的封装（TO-247-4L，D2PAK-7L或类似产品），并结合正确的栅极环路设计，将产生最好的开关。如果要照顾剩余的环路寄生电感，请启用超过120V / ns和6A / ns的瞬态电压（使用同类最佳的MOSFET）。编辑：hfy