碳化硅（SiC）材料凭借其宽禁带、高饱和电子漂移速度以及高热导率等卓越的物理特性，使得SiC功率开关器件在性能上显著超越传统的硅（Si）基器件。具体优势体现在：更高的阻断电压能力，更快的开关速度，更低的工作损耗以及更宽广的工作温度范围。
然而，SiC器件极快的开关速度会导致米勒电容上产生更大的位移电流。同时，SiC器件的阈值电压通常较低，且栅源极耐受负压的裕量也相对较小。这两个关键特性使得串扰问题在SiC功率器件的应用中变得尤为突出。
01
串扰产生机理
在典型的半桥或全桥等桥臂电路结构中，串扰主要表现为正向串扰和负向串扰两类现象。
正向串扰发生在对管开通瞬间：当下管开通时，上管VDS快速上升，产生极高的dV/dt。这个电压变化通过上管米勒电容Cgd产生位移电流，流经上管栅极阻抗后，在上管栅源极间形成正向电压尖峰。若该尖峰超过阈值电压，可能导致上管误导通，产生桥臂直通短路。
负向串扰出现在对管关断瞬间：当下管关断时，上管VDS快速下降产生的负向dV/dt通过上管米勒电容Cgd产生反向位移电流，在上管栅极形成负向电压尖峰。SiC MOSFET栅极负压耐受能力通常仅有-5V至-10V，超出此范围极易导致器件永久性损坏。
无论正向还是负向串扰，其物理本质都是开关管高速开关动作过程中的高dV/dt通过米勒电容耦合产生的位移电流，流经栅极驱动回路阻抗，并在栅源电容上充放电，从而干扰了栅源控制电压的稳定性，如图1所示。
图1 串扰产生机理示意图
02
串扰优化方案
2.1
栅极驱动回路优化
最小化驱动回路的总阻抗，尤其是寄生电感，降低位移电流在阻抗上产生的压降。该方法是最直接有效的基础方法，缺点是物理布局限制大，难以完全消除寄生参数，且对极高dV/dt场景可能效果不理想。
2.2
栅源并联电容
在栅源极间并联外部电容，该方案实现简单，成本低，对正负向串扰均有效。缺点是会增加开关损耗，降低系统效率。
2.3
二极管钳位电路
在栅极和关断负压轨VEE之间反向并联一个快速二极管（阴极接栅极，阳极接负压轨）。 该方案能有效 将栅极电位钳位在约（VEE + 0.7V），防止其跌至器件耐受极限以下，缺点是仅对负向串扰有效。
2.4
有源米勒钳位（AMC）
通过在栅源极间并联由三极管或MOSFET构成的动态泄放通道，在串扰发生时主动分流位移电流，该方案由比较器、MOSFET和逻辑控制电路组成。该方案能同时有效抑制正负向串扰，对开关速度和损耗的影响极小，保护速度快且可靠。缺点是电路相对复杂，成本较高，需要精确的阈值设置和快速的响应控制。
03
总结
理解串扰机理并合理选择优化措施，对于确保SiC功率器件的可靠、高效运行至关重要。为有效抑制串扰，需根据具体应用场景（如开关频率、功率等级、成本、效率要求）综合权衡选择方案。实际设计中，可同时采用多种抑制策略。
参考文献
[1]蔡雨萌,赵志斌,梁帅,等.换流回路的寄生参数对碳化硅MOSFET开关特性的影响[J].高电压技术,2021,47(02):603-614.
[2]黄军,杨世彦,杨威.零电流Buck/Boost双向DC/DC变换器的研究[J].电力电子技术,2010,44(07):1-3.
[3]高远,陈桥梁.碳化硅功率器件[M].机械工业出版社:202106.327.
[4]陈康平.应用于中低压领域的高串扰抑制SiC MOSFET驱动电路研究与设计[D].华南理工大学,2023.
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