運用要點：閘極驅動　其1

從本文開始將探討如何充分發揮全SiC功率模組的優異性能。此次作為閘極驅動的“其1”介紹閘極驅動的評估事項，在下次“其2”中介紹處理方法。

閘極驅動的評估事項：閘極誤導通

首先需要瞭解的是：接下來要介紹的不是全SiC功率模組特有的評估事項，而是單個SiC-MOSFET的構成中也同樣需要探討的現象。在離散式結構的設計中，該資訊也非常有用。

“閘極誤導通”是指High side SiC-MOSFET＋Low Side SiC-MOSFET的構成中，SiC-MOSFET轉換（Switching）時High Side SiC-MOSFET的閘極電壓產生振鈴，Low Side SiC-MOSFET的閘極電壓升高，SiC-MOSFET誤動作的現象。通過下面的波形圖可以很容易瞭解這是什麼樣的現象。

綠色曲線表示High Side SiC-MOSFET的閘極電壓VgsH，紅色曲線表示Low Side的閘極電壓VgsL，藍色曲線表示Vds。這三個波形都存在振鈴或振盪現象，都不容樂觀。比如一旦在Low Side必須OFF的時間點誤導通的話，將有可能發生在High/Low Side間流過貫通電流（Flow-through Current）等問題。

這種現象是SiC-MOSFET的特性之一–非常快速的開關引起的。Low Side閘極電壓升高是由於High Side ON轉換產生的Vd振鈴、和Low Side SiC-MOSFET的寄生閘極寄生電容引起的。

全SiC功率模組的開關速度與寄生電容

下面通過與現有IGBT功率模組進行比較來瞭解與閘極電壓的振鈴和升高有關的全SiC功率模組的開關速度和寄生電容的特徵。

開關速度：與IGBT的比較

下圖是開關ON時和開關OFF時的dV/dt、即開關速度與IGBT模組的比較。SiC模組的開關導通時的dV/dt與IGBT模組幾乎相同，與外接的閘極電阻Rg有相關。OFF時SiC模組沒有像IGBT那樣有尾電流，導通時同樣的dV/dt與外接閘極電阻Rg有相關。

寄生電容：與IGBT的比較

MOSFET（IGBT）存在閘極－汲極（集極）間的Cgd（Cgc）、閘極－源極（射極）間的Cgs（Cge）、汲極（集極）－源極（射極）間的Cds（Cce）這些寄生電容。其中與LowSide閘極電壓升高相關的是Cgd和Cgs。

下面的左圖表示Cgd（Cgc）、Cgs（Cge）與Vds（Vce）之間的關係。未指定是SiC模組的曲線是IGBT的曲線。如各曲線所示，相應寄生電容同等，其特性也相似。右圖為Cgd（Cgc）和Cgs（Cge）的比，被稱為“閘極寄生電容比”，是對Low Side閘極電壓升高有影響的參數。這裡以相同程度的寄生電容做表示，以便根據左圖的直接電容值進行估算。

閘極電壓升高的機制

前面也提到過，Low Side SiC-MOSFET的閘極電壓升高是由High Side SiC-MOSFET開關導通時的dV/dt速度太快引起的，因Low Side SiC-MOSFET的閘極寄生電容與閘極阻抗(Impedance)而產生閘極電壓升高⊿Vgs。

SiC-MOSFET的開關導通速度與外接閘極電阻Rg相關，如上圖所示，Rg越小則dV/dt越大。

關於閘極寄生電容，它是本質上存在且無法調整的，因此在存在一定量的閘極寄生電容的前提下，將Low Side閘極阻抗(Impedance)作為⊿Vgs的因數，來探討可調整的外接閘極電阻Rg。

該圖表示Low Side閘極電壓升高⊿Vgs和High Side外接閘極電阻Rg_H及Low Side外接閘極電阻Rg_L之間的關係。從圖中可以看出，High Side的Rg_H越小，即dV/dt速度越快，以及Low Side的外接閘極電阻越大，⊿Vgs越大。

下次將根據以上這些考察來探討對閘極電壓升高的處理方法。