理想开关自身会带来挑战

若要问功率转换器设计师，他们想要怎样的半导体开关，那回答可能是：“有低导通 电 阻 、高关闭电阻，且两种状态间的转换尽可能快。”当然，这一想法的核心，简单来说，就是功率耗损低。SiC FET 接近这种理想开关，750V 级该器件的导通电阻现在还不到 6 毫欧，边沿速率以纳秒计，数千瓦的转换器和 逆变 器 的效率值有望达到 99.5% 以上。

若是稍加考虑，设计师还会加上几个 “顺便” 要求，如栅极驱动简单、额定电压高、第三象限高效运行、雪崩能量高、 短 路 额定值高、热阻低、系统成本低等若干项。幸运的是，SiC FET 也兼具这些优势，其性能表征十分出众。

因此，设计师感到满意，直至他们在最大边沿速率下将 SiC FET 松散地插在电路试验板上，这时会立即冒出一股烟，可此时 “供电电压远不到最大值，负载也轻！” 但是配线 电 感 和连接电感又是多少呢？在惊人的 3000A/µs 电 流 边沿速率下，电感仅 100nH，根据人们熟知的等式 V = -L.di/dt，产生的电压峰值为 300V，从而增加开关 应 力 ，引起持续数微秒的高频振铃，从而摧毁了局部无线电接收，只一小会儿，SiC FET 就毁坏了。

现在，我们认识到，除非我们向着零连接电感努力，或者苛刻地规定开关额定电压并实现极大的电磁干扰滤波，否则就需要控制边沿速率并抑制振铃。一直以来，限制电压峰值的传统方法是添加串联栅极电阻 RG（OFF），但是这会带来问题，造成波形延迟，进而限制占空比和高频运行，而高频运行是宽带隙开关值得称道的优势之一。栅极电阻还会显著增加开关损耗，而对振铃毫无效果。

一个更好的解决方案是使用简单的 RC 缓冲电路。面对 IGB T 通常需要的大型热电阻 电 容 网络，您可能会犹豫，但是对于 SiC FET，情况则有所不同。它主要用于抑制连接电感和器件电容之间的谐振，在采用 SiC FET 时，谐振极低。这意味着通常只需要大约 200pF（2 倍或 3 倍 Coss（er））电容与数欧的串联电阻就可以进行抑制。缓冲电路电阻会损耗一定功率，但是该电路网的作用是在软硬开关应用中减少关闭电压和电流之间的交叠，以便在此转换中切实减少损耗。

缓冲电路会在打开时产生一定损耗，因此，要了解整体情况，应该考虑总损耗E（ON） + E（OFF）。下图显示的是 40 毫欧下的 E（TOTAL）。蓝线表示的是无缓冲电路，RG（ON）和 RG（OFF）均为 5 欧的情况。黄线表示的是 RG（ON）为 5 欧，RG（OFF）为零欧，并使用 200pF/10 欧缓冲电路的情况。在 40A 时使用缓冲电路明显只有好处，当在 40kHz 下运行时损耗会减少约 10.9W。在负载轻的时候，情况反过来了，但是在这些级别下，损耗不大。

缓冲电路是一个很好的解决方案，但它会不会成为一项不可忽视的开支？如果在典型的应用中评估缓冲电路电阻耗费的能量，则每个循环可能约为 120µJ，相当于在 40kHz 下耗费超过 5W 的能量。然而， 测 试 表明，这些能量中大部分是在打开时通过线性区过渡期间在SiC FET沟道中损耗的，而不是在缓冲电路电阻上损耗的。因而在缓冲电路中使用1W电阻通常就足够了，在这个功率级别，表面安装类型就足以轻松应对了。 电容器 的体积不会大。

现在，设计师可以满意地表示，他们解决了通向完美开关的又一个难题。这个器件可以轻松便宜地运用，以降低过冲和振铃，而又不影响其他优势。