为什么碳化硅MOSFET特别需要米勒钳位

各位小伙伴，不久前我们推送了“SiC科普小课堂”视频课——《什么是米勒钳位？为什么碳化硅MOSFET特别需要米勒钳位？》后反响热烈，很多朋友留言询问课件资料。今天，我们将这期视频的图文讲义奉上，方便大家更详尽地了解在驱动碳化硅MOSFET时采用米勒钳位功能的必要性。

01 什么是米勒现象

在桥式电路中，功率器件会发生米勒现象，它是指当一个开关管在开通瞬间，使对管的门极电压出现快速升高的现象。

该现象广泛存在于功率器件中，包括IGBT、Si MOSFET、SiC MOSFET。

原理分析：

当下管Q2保持关闭，在上管Q1开通瞬间，桥臂中点电压快速上升，桥臂中点dv/dt的水平，取决于上管Q1的开通速度。该dv/dt会驱动下管Q2的栅漏间的寄生电容Cgd流过米勒电流Igd；Igd=Cgd*（dv/dt），dv/dt越大，米勒电流Igd越大。

米勒电流Igd（红色线）的路径：Cgd→Rgoff→T4 →负电源轨，产生左负右正的电压。

Vgs=Igd*Rgoff+负电源轨，这个电压叠加在功率器件门极，Vgs会被抬高，当门极电压超过Vgsth，将会使Q1出现误开通，从而造成直通现象。

02 如何反制米勒现象

使用门极电压的负压进行负偏置，使负压足够“负”。

提高器件门极的门槛电压（设计选型时选高Vgsth的器件）。

Rgoff数值减小（Rgoff是米勒现象影响程度的主要贡献者之一，数值越大，米勒现象越糟糕）。

减慢功率器件的开通速度。

使用米勒钳位功能。

03 对比IGBT与SiC MOSFET对于米勒钳位的需求

以下表格为硅IGBT/ MOSFET和碳化硅MOSFET的具体参数和性能数值对比。

 

驱动芯片的米勒钳位脚（Clamp）直接连接到SiC MOSFET的门极，米勒电流Igd（红色线）会流经Cgd→Clamp脚→T5到负电源轨，形成了一条更低阻抗的门极电荷泄放回路。

驱动芯片内部比较器的翻转电压阈值为2V（参考负轨），在SiC MOSFET关断期间，当门极电压低于-2V（负轨为-4V）时，内部比较器翻转，MOSFET (T5)被打开, 使得门极以更低阻抗拉到负电源轨，从而保证SiC MOSFET达到抑制误开通的效果。

04 米勒钳位作用//双脉冲平台实测对比

测试条件：上管VGS=0V/+18V,下管VGS=0V；VDS=800V；ID=40A；Rg=8.2Ω；Lload=200uH；Ta=25℃

无米勒钳位

有米勒钳位

结论

   

测试条件：

上管VGS=-4V/+18V,下管VGS=-4V；VDS=800V；ID=40A；Rg=8.2Ω；Lload=20uH；Ta=25℃

无米勒钳位

有米勒钳位

结论

05 单通道带米勒钳位隔离驱动BTD5350Mx系列介绍

产品特性

专门用于驱动SiC MOSFET的门极驱动芯片

副方驱动器带米勒钳位功能脚Clamp

驱动器输出峰值电压可达10A

驱动器电源全电压高达33V

副方驱动器电源欠压保护点: 8V/11V

封装类型: SOW-8(宽体)/SOP-8(窄体)

典型应用

工业电源

锂电池化成设备

商业空调

通信电源

光伏储能一体机

焊机电源

06 双通道带米勒钳位隔离驱动BTD25350xx

产品特性

专门用于驱动SiC MOSFET的门极驱动芯片

原方带使能禁用脚DIS，死区时间设置脚DT

副方驱动器带米勒钳位功能脚Clamp

驱动器输出峰值电压可达10A

驱动器电源全电压高达33V

原副方封装爬电间距大于8.5mm，绝缘电压可以5000Vrms

副方两驱动器爬电间距大于3mm，支持母线工作电压VDC=1850V

副方驱动器电源欠压保护点：8V/11V

封装类型: SOW-18

应用方向

充电桩中后级LLC用SiC MOSFET 方案

光伏储能BUCK-BOOST中SiC MOSFET方案

高频APF，用两电平的三相全桥SiC MOSFET方案

空调压缩机三相全桥SiC MOSFET方案

OBC后级LLC中的SiC MOSFET方案

服务器交流侧图腾柱PFC高频臂GaN或者SiC方案

关于基本半导体

深圳基本半导体股份有限公司是中国第三代半导体创新企业，专业从事碳化硅功率器件的研发与产业化。公司总部位于深圳，在北京、上海、无锡、香港以及日本名古屋设有研发中心和制造基地。公司拥有一支国际化的研发团队，核心团队由来自清华大学、中国科学院、英国剑桥大学、德国亚琛工业大学、瑞士联邦理工学院等国内外知名高校及研究机构的博士组成。

基本半导体掌握碳化硅核心技术，研发覆盖碳化硅功率半导体的芯片设计、晶圆制造、封装测试、驱动应用等产业链关键环节，拥有知识产权两百余项，核心产品包括碳化硅二极管和MOSFET芯片、汽车级及工业级碳化硅功率模块、功率器件驱动芯片等，性能达到国际先进水平，服务于电动汽车、风光储能、轨道交通、工业控制、智能电网等领域的全球数百家客户。

基本半导体是国家级专精特新“小巨人”企业，承担了国家工信部、科技部及广东省、深圳市的数十项研发及产业化项目，与深圳清华大学研究院共建第三代半导体材料与器件研发中心，是国家5G中高频器件创新中心股东单位之一，获批中国科协产学研融合技术创新服务体系第三代半导体协同创新中心、广东省第三代半导体碳化硅功率器件工程技术研究中心。