SiC MOSFET替代Si MOSFET,只有单电源正电压时如何实现负压？

现代工业对电力电子设备提出了很多要求：体积小、重量轻、功率大、发热少。面对这些要求，Si MOSFET因Si材料自身的限制而一筹莫展。SiC MOSFET因SiC材料的先天优势开始大显神通。SiC MOSFET大规模商用唯一的缺点就是价格。但随着良率的提升和采用更大尺寸的晶圆，SiC与Si之间的成本差距正在收窄，在整车系统总体成本反而有明显的优势。SiC MOSFET替代Si MOSEFET成为越来越多的厂家的新选择。

SiC MOSFET的驱动与Si MOSFET的区别之一是驱动电压不同，传统Si MOSFET驱动只要单电源正电压即可，而SiC MOSFET需要单电源正负压驱动。SiC MOSFET要替代Si MOSFET，就要解决负压电路如何实现的问题。
 
目前，SiC MOSFET多为+15/-3V与+20/-5V电压驱动。要在Si MOSFET单电源正压驱动电路中中实现负压电路，可以在驱动回路中增加少量元件产生所需要的负压，如需要+15/-3V的驱动电压，则单电压需要提供+18V即可，具体有如下两种方案可以实现。

方案一：

用+14V左右的稳压管Z1加上Z2管正向导通压降，在开通时候将电压稳定在+15V左右，这样在开关管导通时电容C10上就会有3V压降；开关管关断时候，驱动芯片内部下管导通加在GS上的电压为-3V。

图1

方案二：

用3V的稳压管Z1稳定驱动用的负压，开通的时候电容C10上稳定3V电压，则驱动正压就保持为15V，关断时候加在GS上电压就是电容C10的电压为-3V

图2

方案一和方案二的驱动波形如下：

图3：方案一驱动波形


图4：方案二驱动波形

从上述两张驱动波形图可以看出：两个方案均能使用极少的元件实现所需要的驱动负压，但是器件第一次工作前均为0V，不能在常关状态下保持稳定负压，容易被干扰误开通。针对这一问题，可以通过增加一个电阻R1上拉，在上电后就预先给电容C10进行预充电稳压在3V，就可以实现未工作时保持负压，如图5.

图5

综上，在单电源供电的情况下，只需要对电路进行微小的调整，即可实现SiC MOSFET替代Si MOSFET。

派恩杰已量产650V-1700V电压平台SiC MOSFET，产品由30年车规历史的SiC代工厂X-FAB生产制造，符合车规标准，在光伏、新能源汽车等应用领域均可替代Si MOSFET和IGBT。