ZHCABN2 February 2022 UCC14240-Q1
3.5 輸出電壓要求
IGBT 和 SiC MOSFET 之間的另一個重要區別是它們的 ID (IC) 與 VDS (VCE) 輸出特性。圖 3-2 中的左側曲線顯示了 SiC MOSFET 的 ID 與 VDS，而右側曲線描繪了 IGBT 的 IC 與 VCE。兩者都是 1.2kV 額定器件。
圖 3-2 1200V，100A，SiC 與 IGBT，VI 特征
IGBT 曲線在線性區域斜率較大，而在飽和區域斜率幾乎為零。線性區域、歐姆區域和飽和區域之間的切換是非常明顯，因此對于任何大于閾值電壓 VCE(th) 的集電極-發射極電壓，IGBT 表現為電壓控制的電流源。
相反，與 IGBT 相比，SiC 曲線沒有明確的線性區域或飽和區域，并且 ID 與 VGS 的變化要小得多。因此，SiC MOSFET 被認為是低增益或中等增益器件，其特點是 RDS(ON) 持續下降直至漏源擊穿電壓。因此，最好以盡可能接近其擊穿電壓的正 VGS 開啟 SiC MOSFET。例如，考慮兩個工作點 VGS1 和 VGS2，如圖 3-2 的 SiC IV 曲線中突出顯示。
比較兩個工作點顯示，當 VGS2=13V 與 VGS1=15V 相比，導通時 RDS(ON) 增加了 32%，相應的傳導損耗高出 1.32 倍。這種行為意味著 SiC 更像是壓控電阻器。應嚴格調節 VDD 導通偏置電源，以允許在盡可能接近 15V 的電壓下運行。
一些 SiC MOSFET 制造商建議 VDD 精度為 5% ，但在牽引逆變器應用中，設計人員往往要求 VDD 精度為 3% 甚至 1.5%。無論是使用電源模塊還是分布式反激式轉換器等分立式設計，實現如此高的調節精度都可能很困難，通常需要使用低壓降 (LDO) 線性穩壓器進行額外的后置穩壓。優于 1.3% 的電壓調節是 UCC14240-Q1 的關鍵特性之一，使其非常適合將 SiC MOSFET 增強至最低 RDS(ON)，而無需 LDO 或分立的后置穩壓電路。
IGBTs 和 SiC MOSFET 之間的另一項顯著區別是 VGS(th) (VCE(th)) 導通閾值電壓。對于圖 3-2 中所示的兩個器件，這在每個圖表的右下角都有說明。SiC MOSFET 具有較低的最小 VGS(th)，能以高 dV/dt 進行開關，使其更容易受到半橋配置中 dV/dt 感應導通的影響。在這種情況下，半橋的低側 MOSFET（例如牽引逆變器中使用的 MOSFET）會在 VGS 命令其處于關閉狀態時無意中導通。避免這種情況的一種方法是在關斷期間施加負電壓，以提供額外的裕度來防范低 VGS(th)。UCC14240-Q1 提供開關電容器電壓以產生穩定的負 VEE 電壓，從而可靠地關斷 SiC 和 IGBT 晶體管開關。這是柵極驅動器偏置解決方案的必要組成部分，可確保 SiC 或 IGBT 模塊在惡劣的汽車環境中的穩健性。