新品推薦 | 基本半導體推出支持米勒鉗位的雙通道隔離驅動晶片

相較於矽MOSFET和矽IGBT，碳化矽MOSFET具有更快的開關速度、導通電阻更低、開啟電壓更低的特點，越來越廣泛應用於新能源汽車、工業、交通、醫療等領域。在橋式電路中，碳化矽MOSFET具有更快的開關速度會使得串擾行為更容易發生，也會更容易發生誤開通現象，所以如何有效可靠地驅動碳化矽MOSFET至關重要。我們發現，如果在驅動電路中使用米勒鉗位功能，可以有效地抑制碳化矽 MOSFET誤開通的風險，從而提高系統可靠性和穩定性。

為此基本半導體自主研發推出可支持米勒鉗位功能的雙通道隔離驅動晶片BTD25350，此驅動晶片專為碳化矽MOSFET門極驅動設計，能高效可靠地抑制碳化矽MOSFET的誤開通，該驅動晶片目前被廣泛應用於光伏儲能、充電樁、車載OBC、服務器電源等領域中。

一、驅動碳化矽MOSFET使用米勒鉗位功能的必要性分析

1.1 在實際應用中，特別是在橋式電路中，功率器件容易發生串擾行為，在串擾行為下，門極電壓會被抬高，一旦門極電壓超過功率器件的開啟電壓，將會使已關閉的功率器件出現誤開通現象，從而造成直流母線短路。為減少誤開通的風險，傳統的矽MOSFET和矽IGBT通常在驅動電路中採取構建負電壓關斷的方法，負壓絕對值越高，抑制誤開通的效果就越好。

如下圖所示矽IGBT的驅動電路中，一般矽IGBT的驅動正電壓是+15V，在關斷期間，串擾電流Igd（紅色線）會流經Ciss, 在關斷電阻Roff和IGBT內部柵極電阻Rg兩端，產生左負右正的電壓，這兩個電壓疊加在IGBT門極，此時IGBT會有誤開通的風險。為防止誤開通，需要採用負電壓關斷，負電壓通常在-8V左右，最高-10V。

1.2 相較於矽IGBT，碳化矽MOSFET 具有開關速度更快、開啟電壓更低、門極耐負電壓能力低等三個特性，使得碳化矽MOSFET更易觸發串擾行為，更加容易發生誤導通風險。

以下表格為矽IGBT/ MOSFET和碳化矽MOSFET的具體參數和性能數值對比。

矽MOSFET和IGBT的門極耐負壓極限可達-30V, 而碳化矽MOSFET只有-8V,  碳化矽MOSFET對驅動電壓負值的忍耐能力明顯低於矽 MOSFET和IGBT，使得碳化矽MOSFET在實際應用中驅動負電壓通常在-2～-4V的水平，使用負電壓進行關斷的幅度明顯少於矽MOSFET和IGBT。

碳化矽MOSFET的開啟電壓Vgs(th)是1.8V～2.7V，比矽MOSFET和IGBT的開啟電壓Vgs(th)要低一半，Vgs(th)越低，越容易誤開通，而且Vgs(th)會隨著TJ溫度上升而下降，所以在高溫時，Vgs(th)將變得更低，也更容易導致誤開通。

同時，碳化矽MOSFET的開關速度是矽MOSFET和IGBT的兩倍以上，而串擾電流Igd=Cgd×（dv/dt），dv/dt越大，Igd越大，越容易誤開通。

綜上所述，碳化矽MOSFET容易發生誤開通現象。為降低誤開通風險，在碳化矽MOSFET的驅動電路中加入米勒鉗位功能顯得尤為重要。如下圖所示，門極驅動晶片的米勒鉗位管腳直接連接到碳化矽MOSFET的門極，串擾電流Igd（如下圖紅線）會流經Ciss→Rg→Q3再到負電源軌，形成了一條更低阻抗的門極電荷泄放迴路。驅動晶片內部比較器的翻轉電壓閾值為2V（相對晶片對地電壓），在碳化矽 MOSFET關斷期間，當門極電壓高於2V時，比較器輸出從低電平翻轉到高電平，MOSFET (Q3)被打開, 使得門極以更低阻抗拉到負電源軌，從而保證碳化矽MOSFET的負電壓被更有效關斷，達到抑制誤開通的效果。

2.2 原理圖說明：

上管(B)作為開關管接收脈衝PWM信號，下管(DUT)處於關斷狀態，下管(DUT)靠體二極體續流負載電感L_load的電流。

在上管(B)開通狀態下，下管(DUT)發生串擾行為時，由於米勒現象的存在，門極電壓將會產生一定的波動。因此，我們可以通過觀察下管(DUT)門極電壓的波動大小來判斷米勒鉗位功能的作用。

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