Littelfuse非对称TVS二极管在SiC MOSFET栅极驱动器中的应用

引言

碳化硅（SiC）MOSFET在电源和电力电子领域的应用越来越广泛。随着功率半导体领域的发展，开关损耗也在不断降低。随着开关速度的不断提高，设计人员应更加关注MOSFET的栅极驱动电路，确保对MOSFET的安全控制，防止寄生导通，避免损坏功率半导体。必须保护敏感的MOSFET栅极结构免受过高电压的影响。Littelfuse提供高效的保护解决方案，有助于最大限度地延长电源的使用寿命、可靠性和鲁棒性。

1栅极驱动器设计措施

关于SiC-MOSFET驱动器电路的稳健性，有几个问题值得考虑。除了驱动器安全切换半导体的主要任务外，各种驱动器还提供短路保护功能。此外，采用适当的设计措施（如在关断状态下施加负栅极电压）来防止寄生开关是至关重要的。负栅极电压可确保增加MOSFET栅极阈值电压的偏移量，并提高开关单元对电压斜坡的抗扰度。另一项强制性措施是保护MOSFET的栅极，防止静电放电 (ESD)事件或电路中的寄生效应造成过压浪涌。 硅基功率半导体，如Si-IGBT和Si-MOSFET通常具有对称的栅极额定电压。这种额定值允许使用对称TVS二极管进行栅极保护，但这是不必要的，因为硅栅极电压的最大额定值足以高于应用的驱动电压。与硅器件不同，SiC-MOSFET的负栅极电压额定值通常明显低于正栅极电压额定值。因此，使用两个独立的TVS二极管（如图1所示）进行非对称保护是很常见的。Littelfuse现在提供SMFA型集成式非对称双向TVS二极管。这种解决方案有助于有效减少寄生效应和PCB面积，尤其是在快速开关SiC应用中。

图1 使用两个独立TVS二极管的标准栅极保护与一个集成非对称SMFA型TVS二极管的对比

2产品选择

Littelfuse SMFA非对称系列TVS二极管可保护SiC-MOSFET栅极免受正向和负向过电压浪涌的影响。根据所需的SiC-MOSFET最大栅极额定电压，SMFA封装可从17.6~23.4 V的正击穿电压中选择，同时负向击穿电压被设置在7.15V。有关元件的详细信息，请参见表1。SMFA非对称TVS根据IEC 61000-4-2标准进行测试，采用SOD-123FL扁平封装。 表1 SMFA系列产品组合

图2显示了SMFA型非对称TVS二极管的静态和动态箝位性能。出于测试目的，提高了驱动器电压以显示TVS二极管的动态箝位。SMFATVS二极管不适合永久限制过高的驱动器电压。

图2 SMFA型集成非对称TVS二极管的钳位特性

3结论

凭借新型集成非对称TVS SMFA系列，Littelfuse提供了一种创新的解决方案，可最大限度地提高SiC MOSFET栅极驱动器电路的稳健性，同时实现具有成本效益、所需PCB空间更小、寄生效应最小的设计。