在高速、高效率的SiC功率變換系統(tǒng)中，防止誤導通是驅動電路設計的核心挑戰(zhàn)。由于SiC MOSFET具有極低的柵極電荷（Qg）和極高的dv/dt（>50 V/ns），關斷期間極易因米勒效應（Miller effect）引發(fā)寄生導通。本文從工程實踐角度，詳解一種基于自舉供電的低成本負壓生成電路，并結合有源米勒鉗位功能，實現對SiC MOSFET的高可靠性驅動。

負壓關斷的兩種實現路徑

傳統(tǒng)方案通過隔離變壓器為驅動芯片提供獨立的負電源（如-5V），但成本高、體積大。相比之下，無變壓器負壓生成電路更具性價比：僅需在驅動回路中增加穩(wěn)壓管（Dz）、負壓支撐電容（Cneg）、控制電阻（Rc）和驅動電阻（Rg），即可在正常PWM開關過程中自動生成負壓。

其工作原理如下：

置高階段：驅動芯片輸出高電平（≈VDD），電流經Rg → Dz → Rc流向MOSFET柵極，Dz鉗位形成負壓Vneg（如-2.7V），實際柵極電壓為VDD - |Vneg|（如21V - 2.7V = 18.3V）；

置低階段：驅動芯片輸出接地，Cneg負端通過內部NMOS連接至MOSFET源極，柵極電壓即為-Vneg，實現負壓關斷。

該方案可直接集成于自舉驅動拓撲（圖1），省去隔離電源，顯著降低BOM成本與PCB面積。

圖1一個典型的自舉供電加負壓生成電路的拓撲

為何需疊加有源米勒鉗位？

僅靠負壓關斷在高dv/dt場景下仍存在風險。當對管開通時，本管DS間電壓快速上升，通過Cgd注入米勒電流，在Rg上產生壓降，可能導致柵極電壓瞬時超過Vth（典型值2V），引發(fā)誤開通。

有源米勒鉗位通過監(jiān)測CLAMP引腳電壓，在檢測到關斷狀態(tài)時，內部MOSFET將Rg短路，大幅降低GS間阻抗，從而抑制米勒電流引起的電壓尖峰。實測表明（圖9），單獨使用負壓時，對管關斷仍會產生<-5V的負向過沖（超出SiC柵極安全范圍）；而疊加米勒鉗位后，正/負向振蕩均被有效抑制。

關鍵器件選型與參數計算

以目標正壓18V、負壓-2.7V為例（VDD=21V）：

穩(wěn)壓管選擇：選用2.7V穩(wěn)壓管（如BZT52C2V7），其在5mA電流下穩(wěn)定鉗位；

Rc計算：Rc = (VDD - Vz) / Iz = 18.3V / 5mA ≈ 3.7 kΩ；

Cneg取值：為抑制開關紋波，建議Cneg ≥ 250 × Ciss（SiC輸入電容）。若Ciss=4 nF，則Cneg ≥ 1 μF；

負壓建立時間：t ≈ |Vneg| × Cneg / Iz = 2.7V × 1μF / 5mA ≈ 540 μs，建議首周期采用常高電平預充電；

小占空比影響：當D<10%時，負壓幅值會衰減至≈VDD×D（如D=5%時，Vneg≈-1V），但仍可配合米勒鉗位實現安全關斷。

實測驗證與布局建議

雙脈沖測試表明（表1）：

表1 柵極驅動典型配置對比

驅動回路寄生電感是關鍵：長走線會顯著放大振蕩，即使有負壓和鉗位也難以控制；

最佳實踐：采用短而寬的G-S回路（圖2），將驅動芯片緊貼MOSFET，可將米勒尖峰控制在安全窗口內。

結語

本文提出的自舉供電+負壓生成+有源米勒鉗位三重防護方案，兼顧成本、可靠性與可實現性。配合納芯微NSI6601ME（隔離驅動）與NSD1015MT（低邊驅動）等集成化芯片，工程師可在反激、半橋等拓撲中快速構建高魯棒性SiC驅動系統(tǒng)，有效規(guī)避誤導通風險，同時降低系統(tǒng)復雜度與開發(fā)周期。如需NSI6601ME和NSD1015M等產品規(guī)格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。