中国北京，2025-04-29日–各行业所需高温半导体解决方案的领导者CISSOID今日公布，公司将在7月17日– 20日于北京进行的“第二届亚太碳化硅及相关材料国际会议”上，发表题为“一种用于工业和汽车级碳化硅MOSFET功率模块的高温栅极驱动器”的论文，并介绍公司在该土地的最新研究开发成果。CISSOID第一技术官Pierre Delatte将于19日在该会议上发表该文章。

现今，碳化硅（SiC）在汽车制造商的大力追捧下方兴未艾，碳化硅技术可以提供更高的能效和增加功率密度；在工业应用方面，越来越多的人则被碳化硅技术的优点所吸引。为了充分发扬碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）在快速开关和低损耗方面的优势，依然需要应对两个要紧的挑战：一是实现精心优化的低感抗负载（寄生感抗）功率模块，二是采用强劲可靠且快速的栅极驱动器来高可靠和高能效地驱动碳化硅工作。关于SiC MOSFET驱动器，要紧有以下几个方面的要求：

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面向高能效的快速開關能力（高dV/dt）

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面向高功率密度的高開關頻率

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高壓穩健性

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運行操作安全可靠

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CISSOID在论文中提出了一种新的栅极驱动板，其额定温度为125°C（Ta），它还针对采用半桥式SiC MOSFET的62mm功率模块进行了优化，如图1所示。这款采用CISSOID HADES栅极驱动器芯片组的电路板的额定温度为175°C（Tj），并为工业应用中使用的高密度功率转换器设计提供了散热设计余量。基于雷同的技术，目前正在为基于碳化硅的电动汽车电源逆变器开发三相栅极驱动板。

SiC MOSFET支持快速开关和低开关损耗。通过减少外部栅极电阻从而增加了峰值栅极电流和dV/dt，进一步降低了开关损耗。因此，栅极驱动器必须能够提供主峰值栅极电流以实现高功率功效。为了限制dV/dt并幸免模块内部扰动，通常对碳化硅功率模块进行内部阻尼克制。CAS300M12BM2模块的内部栅极电阻为3欧姆。当驱动电压为+20V/-5V时，内部栅极电阻将峰值栅极电流限制在8.3A。通常意见增加最小的外部栅极电阻，例如2.5欧姆，以幸免任何干扰，且将峰值电流限制在4.5A。当温度为125°C且最大峰值栅极电流为10A时，CMT-TIT8243栅极驱动器可以以最大的dV/dt驱动1200V/300A碳化硅功率模块，从而使开关转换损耗变得最小。

如果希望通過高dV/dt來減少開關損耗，則會使柵極驅動器的設計變得更具挑戰性。事實上，高dV/dt通過諸如電源變壓器和數字隔離器等隔離阻斷的寄生電容時，會産生高共模電流來幹擾柵極驅動器的運行，並産生不需要的行爲，如附加的開機或關機。CMT-TIT8243柵極驅動器的設計旨在提供針對高dV/dt的魯棒性：爲了實現低寄生電容而對電源變壓器進行了優化，以盡量降低共模電流。高壓側驅動器和包括電源變壓器和隔離器在內的主功能側之間的總寄生電容小于10pF。CMT-TIT8243保證在dV/dt>50kv/μs下正常工作。另外CMTTIT8243柵極驅動器還具有用于輸入脈寬調制信號的RS-422差分接口，以提高功率級快速轉換期間的信號完整性。

得益于低开关转换损耗，碳化硅晶体管能够在处于控制下的功率器件保全冷却的同时，实现电源转换器的高开关频率。这就缩减了滤波器和变压器的尺寸，也大大减小了电源转换器的尺寸和重量。为了保证高频开关操作的安全，栅极驱动器的割裂DC-DC转换器必须能够提供足够的均匀栅极电流，其计算方法是栅极总电荷乘以开关频率。CMT-TIT8243栅极驱动器可认为每个通道提供95mA的均匀栅极电流。在800V/300A下，1200 V/300A SiC MOSFET模块的总栅极电荷约为1C，这意味着栅极驱动器可以在92kHz的开关频率下工作。实际上，最大开关频率将受到功率模块中开关损耗的限制，而不是受到栅极驱动器的限制。

图1. 高温压服割裂栅驱动器用于 62mm SiC MOSFET电源模块

由于工作时可承担的结温度更高，SiC MOSFET技术也有助于实现高功率密度。随着转换器内部功率密度的增加，环境温度也随之升高。人们在努力使得电源模块降温的时候，他们却往往漠视了栅极驱动器的冷却。在不降低最大均匀栅极的电流时，CMT-TIT8243的栅极驱动器的环境工作温度为125°C，为高功率密度转换器提供了更高的温度余量，从而简化了其散热设计和机械设计。当SiC MOSFET的导通电阻随栅极至源极电压的降低而降低时，具有稳定和准确的正驱动电压是非常重要的。必须处置正驱动电压的重要变化意味着在功率转换器的散热和温度控制设计中必须要有更大的余量。CMTTIT8243栅极驱动器的正驱动电压精度高于5%，这可以简化功率级的散热和温度控制设计。

碳化硅技术将高于600伏的阻断电压的各种最佳优势带给了用户。高dI/dt比在包括电源模块、母线和直流母线电容等电源回路中的寄生电感上产生了电压超调。栅极驱动器也面临这些高电压并必须保证高割裂。CMT-TIT8243栅极驱动器具有高割裂电压（在50赫兹/1分钟时为3600 Vrms），可在阴毒的电压环境下提供安全冗余，同时还设计了高割裂距离（creepace>14 mm，间隙>12 mm），以便在污染环境下安全运行：

最後但重要的是，故障保護對于快速開關碳化矽柵極驅動器至關重要，包括：

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欠壓解鎖保護（UVLO）：監控輸入主供電電壓和輔助輸出電壓，當低于顺序設定阈值時報告故障。

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反重疊：在高側和低側的脈寬調制（PWM）信號之間強制實現最小的不重疊。

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主動米勒鉗位（AMC）：在關斷後爲負柵極電阻建立旁路，以保護功率場效應晶體管不受寄生性接通的影響。

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去飽和檢測：在接通電源及消隱時間後檢查場效應晶體管是否放電，源電壓是否低于阈值。否則，很也许意味著電源子系統發生了短路，必須關閉有源晶體管。

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軟關機：在出現故障的情況下，功率晶體管進行緩慢關閉，以將高dI/dt的超調影響降到最低。

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该篇将于7月19日发表的论文的作者包括：P. Delatte, R. Burbidge,  N.Pequignot, E.Vanzieleghem, J. Luo, A. Cao. 

关于CISSOID - www.cissoid.com

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专注于汽车土地，我们可提供高效的功率转换和精巧的电机驱动方案：适用于SiC和GaN 开关管的压服门驱动，具低电感及增强热性能的功率模块，以及超越AEC-Q100 0级质量标准的175°C工作温度的汽车级元器件。

面向航空、工業和石油及天然氣市場，我們專爲極端溫度與惡劣環境提供信號調節、電機控制、時鍾及電源管理方面的解決方案。CISSOID中文产品性能可靠，可在-55°C～+225°C溫度範圍的條件下工作。