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。

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