SiC MOSFET的Vgs门极电压的选取及其影响

在IGBT时代，门极电压的选择比较统一，无非Vge= 15V/-15V或 15V/-8V或 15V/0V这几档。而在新兴的SiC MOSFET领域，还未有约定俗成的门极电压规范。本文愿就SiC MOSFET的门极电压选择上的困惑，提供些有用的参考。

下文所述，主要以英飞凌工业1200V SiC MOSFET的M1H系列产品与应用为参考，其他不同电压等级或不同厂家的SiC产品，不尽相同。

图1.IMBG120R030M1H规格书Vgs说明

备注1：今年(2022)新出的M1H单管系列，其门极Vgs电压的负压极值，从上述的-7V进一步扩展到-10V，使得客户的负压选取更加灵活，同时门极的AC BTI特性也得到大幅提升。

万变不离其宗，其实无论器件的门极电压范围如何变化，落实到应用层面：到底如何选取SiC门极电压？应该考虑哪些方面？性能与可靠性如何取舍？读罢此文，自然拨云见日。

SiC MOSFET的Vgs正压对Rdson和Esw的影响

以英飞凌工业1200V/M1H系列SiC单管为例，如图1所示，Vgs最高正压为23V，考虑5V余量，实际应用可选择15V或18V作为开通电压。

1.1 Vgs正压越高，其Rdson越小

工业1200V/M1H规格书Rdson标定值，皆以Vgs= 18V而得。若以Vgs= 15V适之，则Rdson还会增加。举例：

Rdson=30mOhm@Vgs= 18V，

则Rdson=~40mOhm@Vgs= 15V。

1.2 Vgs正压越高，其Esw也越小(Eon)

为了更直观说明不同Vgs正压对Esw的影响，利用官网的SiC SPICE模型(IMBG120R030M1H)，搭建了简单的仿真电路(800V/25A/25C/Rg=10/6Ohm)，如图2和图3所示，是Vgs=18V/0V和Vgs=15V/0V的仿真结果。正压Vgs越高，其Eon越小。因此，对于开关频率高或者只有Eon或Eoff的软开关场合，犹需关注。

图2.不同Vgs正压(Vgs=18V和15V)，对SiC开关特性的影响(25C)

图3.不同Vgs正压(Vgs=18V和15V)，

对SiC开关特性的影响(25C)

因此，如果选择正压15V驱动，相对18V而言，不仅会牺牲导通损耗(Rdson)，也会增加一些开关损耗(Eon)。当然15V驱动也有好处，受益于开通速度的降低，开通的overshoot有所改善，对于Vgs寄生导通会有一定帮助。

SiC MOSFET的Vgs负压对Rdson和Esw的影响

2.1 Vgs负压不同，其Rdson不变

2.2 Vgs负压越低，其Esw越低(Eoff)

同样，我们看下不同Vgs负压的仿真结果，如图4和图5所示：

图4.不同Vgs负压(Vgs=0V和-3V)，

对SiC开关特性的影响(25C)

图5.不同Vgs负压(Vgs=0V和-3V)，

对SiC开关特性的影响(25C)

因此，如果选择Vgs=-3V关断，对于SiC的Rdson无所助益，但是对关断损耗Eoff的减小还是比较明显的，尤其对一些只有关断损耗Eoff的场合收益明显。同时选择Vgs=-3V对降低开通时刻的寄生导通风险也是立竿见影。