碳化硅MOSFET的开关尖峰问题与TVS保护方案

在电力电子领域，碳化硅（SiC）MOSFET因其高效率、高频率和高温性能而备受青睐。然而，即使性能卓越，SiC MOSFET在开关过程中也可能面临电压尖峰的问题。本文将从专业硬件工程师的角度，探讨SiC MOSFET的开关尖峰问题，并介绍使用瞬态电压抑制二极管（TVS）进行保护的优势和上海雷卯电子提供的解决方案。

1. SiC MOSFET开关过程中的电压尖峰

SiC MOSFET在快速开关时，由于其内部寄生电容和电路寄生电感的作用，会在器件两端产生电压尖峰。这些尖峰可能远超过SiC MOSFET的最大额定电压，导致器件损坏或性能下降。

l 寄生电容充放电：SiC MOSFET内部的寄生电容在开关过程中快速充放电，产生电压尖峰。

l 电路寄生电感：电路布线和元件的寄生电感在电流变化时产生感应电压，加剧尖峰问题。

l 开关速度： SiC MOSFET的高开关速度虽然提高了效率，但也增加了电压尖峰的风险。

2. 使用TVS进行保护的优势

针对SiC MOSFET的电压尖峰问题，使用TVS二极管进行保护是一种经济高效的解决方案：

第一 快速响应：TVS二极管能够以皮秒级速度响应电压尖峰，迅速将能量导向地线。

第二 保护范围广：TVS二极管适用于多种电压等级，可以为SiC MOSFET提供全面的保护。

第三 成本效益：相比提高SiC MOSFET的耐压值，使用TVS二极管的成本更低，且易于集成。

3.上海雷卯电子的解决方案

上海雷卯电子作为专业的电子元件供应商，提供了针对SiC MOSFET开关尖峰电压的保护方案和器件。我们的产品线包括多种型号的TVS二极管，专为高效率、高频率的SiC MOSFET应用设计。SiC MOSFET与TVS保护电路如下：

上图展示了一个典型的SiC MOSFET与TVS保护电路。在这个电路中，TVS二极管并联在SiC MOSFET的漏极和源极之间，当电压尖峰产生时，TVS迅速导通，吸收尖峰能量，保护SiC MOSFET免受损害。

TVS 具体选择型号根据SIC MOS Vdss 电压来确定：SIC MOS Vdss 大多600V 以上，以下列表TVS型号需用两颗串联使用，具体方案选型可咨询有丰富经验的上海雷卯EMC小哥。

在此列出上海雷卯可以供应的部分 SIC MOS 产品

4保护案例

案例一：

在某新能源汽车的电源管理系统中，采用了 SiC MOSFET 作为功率开关器件，同时配合高性能的 TVS 二极管进行过压保护。通过精确的电路设计和参数匹配，有效地提升了系统的效率和可靠性。在车辆频繁的启动、加速和充电过程中，成功地避免了因瞬态过压而导致的器件损坏，保障了车辆电源系统的稳定运行。

案例二：

在某工业变频器中，使用 SiC MOSFET 实现高效的功率转换，并在关键位置配置了 TVS 保护器件。特别是在电机的启停和负载突变的情况下，TVS 能够迅速吸收过高的电压尖峰，保护 SiC MOSFET 不受损坏。这一方案显著提高了变频器的稳定性和使用寿命，降低了维护成本。

案例三：

在某通信基站的电源模块中，采用先进的 SiC MOSFET 技术，并结合精心选择的 TVS 二极管来应对电网中的浪涌和瞬态电压。经过长时间的运行测试，该方案有效地保护了电源模块免受恶劣电网环境的影响，确保了通信基站的持续稳定工作，提高了通信服务的质量。

这些案例表明，合理选择和应用 SiC MOSFET 与 TVS 保护方案可以在不同的电子系统中取得显著的效果，提升系统的性能和可靠性。

5. 结论

SiC MOSFET虽然性能优越，但在开关过程中的电压尖峰问题不容忽视。通过并联TVS二极管进行保护，不仅可以确保SiC MOSFET的工作正常，而且相比提高耐压值，具有更高的性价比。上海雷卯电子提供的保护方案和器件，为SiC MOSFET的应用提供了可靠的保障。

请注意，以上内容为示例性质，实际应用中应根据具体的电路参数和应用需求进行设计和选择。同时，文中提到的上海雷卯电子及其产品仅为示例，用于说明保护方案的可行性。在实际应用中，应选择经过验证的可靠供应商和产品。

审核编辑 黄宇