中文引用格式： 鄭高銘，孫峰，李歡，等. 基于碳化硅MOSFET半橋驅動及保護電路設計[J]. 電子技術應用，2025，51(3)：90-97.
英文引用格式： Zheng Gaoming，Sun Feng，Li Huan，et al. Design of SiC MOSFET half-bridge driver and protection circuit[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(3)：90-97.
引言
碳化硅MOSFET作為第三代半導體代表產品之一，以其優異的耐高壓、耐高溫、低損耗、通流能力強、導通電阻小等性能[1,2]被廣泛應用于新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網等領域[3]。碳化硅MOSFET對驅動電路要求較高，一方面體現在驅動電壓與驅動速度上，另一方面要求驅動電路能監測到碳化硅MOSFET工作異常情況，并及時進行保護[4,5]。碳化硅MOSFET由于其開通閾值較低，并且其較快的開關速度，導致dv/dt較大，容易引起串擾導致誤開啟，進一步造成上、下橋臂直通，因此需要有源米勒鉗位保護[6,7]，抑制串擾對電路的影響。此外，驅動電路還需要橋臂互鎖保護、退飽和保護[8,9]、欠壓鎖定[10]等保護功能。
而碳化硅MOSFET驅動電路核心為碳化硅MOSFET驅動芯片。表1為國內外碳化硅MOSFET驅動芯片對比情況。
表1 國內外碳化硅MOSFET驅動芯片對比情況
基于表1調研的驅動廠家與芯片來看，國外驅動芯片的Sink/Source電流能力集中在10 A左右，最大為20 A，而國內驅動芯片也基本可達到10 A；對于碳化硅MOSFET驅動芯片，一般要求共模抗干擾度CMTI≥100 V/ns，國外驅動芯片滿足此要求，英飛凌的1ED3321MC12N可達300 V/ns，而國內驅動芯片也可滿足要求；在傳播延時方面，國外芯片在75~150 ns，國內驅動芯片在50~70 ns，優于國外驅動；此外，國外驅動芯片集成了退飽和保護、有源米勒鉗位、欠壓鎖定、上拉/下拉獨立可控等保護功能；而國內青銅劍、瞻芯、華大半導體廠商的保護功能均不完善，納芯微的NSI6611保護功能可滿足要求。此外，對于芯片的電壓隔離，國外集中在2 500 V~5 700 V，而國內集中在3 700 V~5 700 V。
不論是碳化硅MOSFET還是驅動芯片，國內目前絕大部分公司都是選用國外產品，一部分原因是不了解國內的公司有碳化硅MOSFET驅動芯片，另一部分原因是不認可國內產品的性能。設計一款全國產化的碳化硅MOSFET驅動電路，將碳化硅MOSFET更好地運用到工業中是亟需解決的事情。
為滿足碳化硅MOSFET驅動電路全國產化需求，本文針對碳化硅MOSFET驅動及保護問題，建立了保護電路的模型并做了詳細分析，基于納芯微電子NSI6611驅動集成芯片提出了全國產化方案，為需要運用碳化硅MOSFET的工程師提供電路參考。
為驗證本驅動電路的性能，選取了國際領先水平的Wolf Speed公司所研制的碳化硅MOSFET驅動板CGD1200HB2P-BM2（所用驅動芯片為ADI公司的ADUM4146）進行波形分析、參數比對、驗證保護功能是否可靠觸發測試。實驗結果表明，該電路開關參數與CGD1200HB2P-BM2驅動板相近，滿足碳化硅MOSFET驅動需求，并能可靠觸發保護功能。
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作者信息：
鄭高銘，孫峰，李歡，胡雅婷，劉京，劉羽捷
（中國振華集團永光電子有限公司，貴州 貴陽550018）
