今天这部分的主题是SiC
MOSFET功率模块的误导通预防措施，以及相比Si
IGBT模块的可靠性优势。
背景介绍
大电流功率模块领域，此前普遍采用Si基IGBT模块，由Si IGBT + Si FRD组合而成（FRD作为续流二极管，为感性负载提供续流路径），ROHM首次提出全SiC功率模块，即，SiC MOSFET + SiC SBD，无论开关器件和二极管都采用了更优的SiC材料，实现技术平台全面升级。
相比Si基IGBT模块，SiC模块有何优势？
1、关断损耗明显降低，因为IGBT的拖尾电流使IGBT模块的关断损耗较高，
2、开关损耗明显降低，FRD的反向恢复电流使GBT模块的开通损耗较高。
之所以有此两种优势，本质上是因为MOSFET、SBD属于单极型器件，前者没有拖尾电流，后者反向恢复电流极小。
基于以上优势，SiC功率模块具备以下效果：
1、通过减小开关损耗，改善电源效率并简化散热系统，
开关损耗是高频电源系统的主要损耗源之一，大幅减小开关损耗，意味着系统整体效率的提升，且损耗降低意味发热减少，因此原本需要大型散热器、强制风冷甚至水冷的设计，现在可能只需要一个小型散热器或自然冷却就能满足要求。
于是成本、体积和重量降低。
2、通过工作频率高频化，实现外围器件小型化，
SiC器件的低开关损耗特性，使其能够工作在远高于Si IGBT的频率，而不会导致过热或效率骤降，这一优势在系统层级引发了另外的效果。
磁性元件（如电感、变压器）的体积与工作频率成反比，频率越高，实现相同功能所需的电感值和变压器体积越小，同样，滤波电容的容值也可随工作频率增高而减小，因此，通过使用SiC模块，整个电源系统的被动器件（电感和电容器）可以实现小型化，从而让整个设备更紧凑轻便。
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ROHM开发的三种SiC功率模块如上，C type、E type和G type，从C→E→G，寄生电感Ls逐渐减小，额定电流逐渐增大，功率密度逐渐提升，C type的尺寸最小，Ls为25nH，是传统功率模块典型值，但在高速开关的SiC模块应用中，高寄生电感会引发高浪涌电压，影响动态可靠性，因此需要开发更低Ls的SiC模块，以实现更干净的开关波形。
E type和G type均明显降低了Ls，且G type通过改善热阻，使得相同尺寸下，模块过流能力翻倍（从300A到600A）。
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关断过程中，E type和G type模块的VDS浪涌和开关损耗对比如上，相同浪涌电压下，G type模块的开关损耗可以降低约25%，反过来看，通过降低寄生电感，在相同驱动条件下，G type的浪涌电压会更低,接下来，聊聊SiC功率模块的误导通对策。
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如上，由两个SiC MOSFET（M1为上管，M2为下管）构成的半桥电路，初始状态，M1、M2均关断，此时M2的体二极管（或外接的SiC SBD）导通，作为续流路径，承载电感电流，一旦控制信号驱动M1，使其开通，半桥中点的电位从接近负母线电压被迅速拉高到接近正母线电压，于是M2的VDS会经历一个极快的上升过程，产生高dVDS/dt，
而高dVDS/dt会通过Crss耦合，产生一个瞬态位移电流IG，如图中蓝线所示，IG流经M2的外栅阻， 产生压降，这个电压降叠加到M2的栅端，使其实际栅源电压抬升，一旦超过Vth，M2便会出现误导通，此时上管M1（主动开通）和下管M2（误导通）将出现直通，在直流母线和地之间形成一个低阻抗的短路路径，增大器件损坏风险。
基于此，推荐采用以下措施预防误导通
1、负压关断：将关断VGS设为负电压，即使栅阻压降叠加，也有更大余量。但目前多数商用SiC MOSFET负栅压耐受范围窄，不能满足负压使用要求。
2、GS之间并联一个几nF的电容，可以分流一部分耦合电流，减缓VGS抬升，
3、有源钳位，在GS之间并联一个瞬态电压抑制器件（如专用的有源钳位MOSFET），当VGS超过设定值时，发生钳位，
4、适当增大栅阻，如此可降低开关速度，但会增大损耗。
具体参考这篇文章，
罗姆SiC器件应用笔记——SiC MOSFET桥式电路保护方案
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ROHM的SiC功率模块反向偏置安全工作区（RBSOA）如上，产品型号为BSM600D12P3G001，
1200V/600A模块，RBSOA覆盖了2倍额定电流×2倍额定电压，
注意横轴的VDS_int，指芯片内部实际承受的漏源电压，而不是模块外部端子测到的漏源电压VDS，
这两者存在区别，因为模块内部寄生电感LS会导致芯片内部实际承受的漏源电压增大，
具体关系式如上，
实际工作时，需确保模块电压电流位于安全工作区范围内。
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接下来，对比Si基IGBT模块与SiC MOSFET模块的浪涌电压，
先看左图，横轴IF，纵轴浪涌电压，
对Si FRD，在很小的IF下，浪涌电压便增至较高水平，随后逐渐下降，直到保持稳定，
对SiC SBD，在整个IF范围内，浪涌电压都保持稳定。
再看右图，横轴是二极管每次导通的脉冲宽度，纵轴浪涌电压，
对Si FRD，当脉冲宽度非常窄时，浪涌电压极高，随着脉宽增加，浪涌电压迅速下降。
对SiC SBD，无论脉宽多窄，浪涌电压始终极低且稳定。
综合这两张图，Si FRD在“小电流、窄脉宽”下，会产生极高的浪涌电压，
究其原因，Si FRD是双极型器件，导通时会向漂移层注入并储存大量少子（空穴），
关断（反向恢复）时，这些储存的电荷必须被抽走或复合，于是形成明显的反向恢复电流，
而在“小电流、窄脉宽”条件下，注入的少子总量很少，但依然存在，关断时这些少子会被极其迅速地扫出，导致反向恢复电流的dI/dt增大，
极高的dI/dt与寄生电感相互作用，产生极高的浪涌电压。
至于SiC SBD为什么没有出现类似情形，仍然是器件类型的原因，
SiC SBD是单极型器件，导通、关断不涉及少子的注入与复合，因此不存在上述过程。
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这张图，是两种模块在“小电流、窄脉宽”条件下的波形对比，
Si IGBT+Si FRD的浪涌电压远大于SiC模块。
小结：
1、相比Si基IGBT模块，SiC模块的优势包括：
a、关断损耗明显降低，因为IGBT的拖尾电流使IGBT模块的关断损耗较高，
b、开关损耗明显降低，FRD的反向恢复电流使GBT模块的开通损耗较高。
有此两种优势，本质上是因为MOSFET、SBD属于单极型器件，前者没有拖尾电流，后者反向恢复电流极小。
2、为避免SiC模块的误导通，推荐措施包括：负压关断、有源钳位、GS并联电容。
3、“小电流、窄脉宽”条件下，Si IGBT+Si FRD的浪涌电压远大于SiC模块。
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