SIC MOS管负压关断的必要性及其工作原理详解

SIC MOS管负压关断的必要性及其工作原理详解

随着电力电子技术的飞速发展，碳化硅(SiC)MOS管因其卓越的性能在高压、高温和高频应用中越来越受欢迎。在SiC MOS管的驱动技术中，负压关断是一个关键的技术点，它对于提高系统的性能至关重要。本文将详细探讨SiC MOS管驱动中负压关断的必要性及其工作原理。

SiC MOS管的基本特性

• 高温特性优异：SiC MOS管在高温下仍然可以正常工作，具有更高的热稳定性，可用于高温、高压的恶劣环境下。
• 高频特性优异：SiC MOS管的电子迁移速度高，损耗小，因此在高频场合下具有更好的性能表现。
• 开关速度快：由于SiC MOS管的门电容小，可以实现更快的开关速度，从而实现更高的效率。
• 导通损耗小：SiC MOS管的导通电阻比硅MOSFET低得多，可以实现更小的导通损耗。
• 体积小、重量轻：SiC MOS管采用了更小尺寸的芯片，相同功率的器件尺寸更小，重量更轻，可以提高功率器件的集成度。

负压关断的必要性

在传统的硅基MOS管中，通常不需要负压来关断器件。然而，SiC MOS管由于其特殊的材料特性和更高的工作电压，需要更严格的控制来确保可靠的关断。负压关断技术可以有效地防止SiC MOS管在关断过程中的误导通现象，从而提高系统的稳定性和效率。

当MOS管要完全关断时，需要确保导电沟道消失。在理想情况下，只要VGs≤Vth，MOS管就会关断。但是在实际电路中，为了更可靠地关断MOS管，会使VGs为负值。

另外在一些应用场景中，可能存在干扰信号或者MOS管自身的寄生电容等因素。当MOS管处于关断状态时，其栅极和源极之间存在寄生电容CGs。如果周围环境有干扰信号或者电路中其他部分的噪声等，有可能会使栅极电压升高。若此时VGs为正值且接近开启电压Vth，就可能会导致MOS管误开启。

负压关断的工作原理

负压关断技术主要通过在SiC MOS管的栅极施加一个负电压，使得栅极-源极之间的电压低于开启电压，从而确保MOS管完全关断。这种技术可以有效地消除由于栅极电荷残留导致的误导通风险，特别是在高频开关应用中。

通常情况下，将VGs设置为负值，使得栅极-源极之间的电场方向与开启时相反，能够更加有效地抑制导电沟道的形成，确保MOS管稳定地处于关断状态。并且，负的Vgs可以快速地将栅极积累的电荷通过适当的电路（如栅极驱动电路）释放掉，防止由于电荷积累导致的误导通。

因此我们可以在不使用专用SiC-MOSFET驱动芯片的前提下，将MOS管的源极处电压设置为+5V，栅极电压随PWM信号变化在+23V~-5V范围内改变。当驱动信号为正时，栅源极电压差为18V，MOS管导通；当驱动信号为负时，Vgs=-5V，MOS管关闭。