基于自适应有源驱动技术的SiC MOSFET栅极驱动芯片设计 李启东、 张宇欣、 黄宝强、 张伟华、 陈晨、 雷建明、 张德生、 闵润、 童巧玲

《Micromachines》：Design of a SiC MOSFET Gate Driver Chip Based on Adaptive Active Drive Technology Qidong Li, Yuxin Zhang, Baoqiang Huang, Weihua Zhang, Chen Chen, Jianming Lei, Desheng Zhang, Run Min and Qiaoling Tong

　　

摘要

碳化硅（SiC）MOSFET由于具有较高的击穿能力、快速的开关速度和较低的开关损耗，在高效率、高功率密度的电力转换方面具有很大的潜力。然而，在高速开关过程中，寄生参数可能会导致严重的电压/电流过冲和振荡，从而产生电磁干扰并降低性能。为了解决这个问题，本研究分析了导通时的电流过冲机制和关断时的电压过冲机制，并提出了一种基于三级驱动电流控制策略的自适应有源栅极驱动芯片。通过识别关键的开关区间并调节分段栅极驱动电流，该芯片能够有效抑制过冲现象，同时减少开关损耗。在导通过程中，提出了一种基于米勒平台跟踪的跨周期开关点调节方法，以实现不同工作条件下的自适应控制；而关断控制则是通过采样漏源电压的峰值来实现的。该芯片采用180纳米BCD工艺制造。与传统的无源驱动器相比，在400 V/40 A的条件下，当v_DS/dt为4.8 V/ns时，所提出的驱动器可将导通损耗降低35.1%；在v_DS过冲接近50 V的条件下，关断损耗可降低33.2%。这些结果表明，所提出的芯片改善了SiC MOSFET的开关性能，并提供了一种实用的栅极驱动解决方案。