Page 55 - RISC-V創新百花齊放中國MCU業者積極佈局

DESIGN CORNER
是來自閘極介面的缺陷及陷阱造 成電荷交換產生的現象，一般而 言，在SiC功率晶體內，可能會高 達數百mV。
(3)
實務上除了少數應用的功率 晶體在電路運作時，只有一次的 開或關動作，能以直流電壓驅動 外，大部份交換式電源供應器內 用來做為主開關的功率晶體都會 採用高頻交流電壓驅動。從實際 測試的結果來看，當在不同的閘極 臨界電壓之下，會有不同的閘極截 止電壓設計要求:提供較低閘極臨 界電壓的SiC功率晶體的供應商， 會建議截止時採用負電壓驅動， 用以避免橋式相連的功率晶體在
上下交互導通及截止時，減少受 到寄生電容效應及閘極迴路電感 在閘極端產生感應電壓而產生上 下管間的誤導通及燒毀;反之對於 具有較高閘極臨界電壓的SiC功率 晶體而言，並不需要採用負電壓驅 動，使用負電壓驅動不僅會增加電 路的複雜度，也會加大閘極臨界電 壓往上的漂移量(圖8)。使用較高 的正電壓或是負電壓，隨著功率 晶體使用的時間增加，閘極臨界 電壓往上漂移的增量會愈明顯， 進而造成功率晶體的導通電阻值 隨著使用時間的累積而慢慢增加。 各家SiC功率晶體的閘極臨界電壓 的漂移量都有不同的數值，使用者 在選用SiC功率晶體時必須先避免 過高的正負電壓對閘極臨界電壓
帶來的負面影響。 為了避免SiC功率晶體的閘極
臨界電壓在長時間的的使用之下， 產生過高的閘極臨界電壓漂移，原 則上，必須遵照資料手冊的建議值 來使用及確認功率晶體的閘極電 壓值。如圖9所示，為在不造成SiC 功率晶體的閘極電壓大幅度漂移， 針對其驅動電壓的建議值及最大 可以接受的電壓尖波值，其中，值 得注意的是，閘極電壓的量測結果 應該盡量排除封裝引腳的影響。
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(a) 圖8:(a)正極性驅動電壓準位、(b)負極性驅動電壓準位與閘極臨界電壓漂移大小關係。
綜合上述，目前SiC功率晶體 發展主要在於幾個方向:1.降低單 位晶粒面積下的導通電阻;2.提高 功率晶體閘極可靠度;3.在不影響 驅動準位的大前提下降低驅動電 壓準位，這些設計上的挑戰，都由 SiC功率晶體的設計者來構思及 突破。而主流的SiC功率晶體在結 構上分為兩大類，平面式及溝槽式 的SiC功率晶體，平面式的SiC功率 晶體受限於晶格缺陷及電子移動 速度，大多採用較低的臨界閘極電 壓，並建議在橋式電路中採用負電 壓截止驅動電路，用以減少在橋式 電路中功率晶體交互驅動時可能 產生的可能的誤導通;反之溝槽式 的SiC功率晶體，採用具有較高電 子移動速度的晶格平面做為通道， 可以設計較高的臨界閘極電壓，並 且不需要任何的負電壓截止驅動 電路。對於SiC功率晶體的使用者 而言，驅動電路設計相對簡單，只 需要提高驅動電壓到合適的電壓 值，就能夠享受SiC功率晶體帶來 的優點。
(b)
圖9:SiC功率晶體的驅動電壓限制值。
2021年11月 | www.eettaiwan.com