近年來，以碳化硅（Silicon Carbide, SiC）MOSFET為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件因其具有高開關(guān)頻率、高開關(guān)速度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點，已成為高頻、高溫、高功率密度電力電子變換器的理想選擇。然而隨著SiC MOSFET開關(guān)速度加快，橋式電路受寄生參數(shù)影響加劇，串?dāng)_現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

由于SiC MOSFET正向閾值電壓與負(fù)向安全電壓較小，串?dāng)_問題引起的正負(fù)向電壓尖峰更容易造成開關(guān)管誤導(dǎo)通或柵源極擊穿，進(jìn)而增加開關(guān)損耗，嚴(yán)重時損壞開關(guān)管。因此，分析橋臂串?dāng)_現(xiàn)象形成原因，研究發(fā)揮SiC MOSFET高速開關(guān)特性優(yōu)勢的串?dāng)_抑制方法，對提高變換器工作可靠性、提升其功率密度具有重要意義。

目前，已有一些文獻(xiàn)對如何抑制串?dāng)_現(xiàn)象展開研究，歸結(jié)起來主要分為兩類：一類是控制柵極驅(qū)動阻抗的抑制方法，如文獻(xiàn)[11,12]通過設(shè)置關(guān)斷柵極電阻小于開通柵極電阻，并在柵源極并聯(lián)或串聯(lián)輔助電容，降低串?dāng)_產(chǎn)生過程中的驅(qū)動回路阻抗，抑制串?dāng)_。但并聯(lián)輔助電容增大了柵源極等效電容，延長了電容充放電時間，而串聯(lián)輔助電容又使柵源極電容分壓降低，減慢了開關(guān)速度，這都將帶來開關(guān)損耗與開關(guān)延時增加的弊端。

文獻(xiàn)[13,14]提出一種只在開關(guān)過程的米勒平臺期增大驅(qū)動電阻的方法，降低米勒平臺期的電壓變化率dv/dt，抑制串?dāng)_。該方法具有較低的開關(guān)延時，但卻增大了開關(guān)損耗，同時很難準(zhǔn)確監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)。文獻(xiàn)[15-18]在柵源極增加MOSFET管或三極管串聯(lián)電容的輔助支路，通過控制MOSFET管或三極管的開斷，減小驅(qū)動回路阻抗，抑制串?dāng)_。該方法具有較低的開關(guān)損耗與延時，但MOSFET管開啟電壓較高，需外加驅(qū)動信號，加大了控制復(fù)雜程度，三極管雖無需外加控制信號，但文獻(xiàn)所提方法只對柵源極單方向電壓尖峰有抑制效果。

另一類是負(fù)壓關(guān)斷的抑制方法，文獻(xiàn)[19]通過選擇合適的驅(qū)動負(fù)壓關(guān)斷開關(guān)管，確保將柵源極正負(fù)向電壓尖峰限制在安全范圍內(nèi)。但由于SiC MOSFET的正向閾值電壓與負(fù)向安全電壓較小，導(dǎo)致驅(qū)動負(fù)壓的可選區(qū)間較小。文獻(xiàn)[20]提出一種在柵源極出現(xiàn)正向電壓尖峰時采用負(fù)壓關(guān)斷，出現(xiàn)負(fù)向電壓尖峰時采用0V關(guān)斷的抑制方法。但是由于寄生電感的存在，柵源極會同時出現(xiàn)正負(fù)向電壓振蕩，因此該方法很難達(dá)到較好的抑制效果。

文獻(xiàn)[21]采用穩(wěn)壓二極管將柵源極負(fù)向電壓尖峰限制在關(guān)斷負(fù)壓，但由于缺少限流電阻的作用，使流過二極管的電流大大超過其正常工作值，穩(wěn)壓效果較差。文獻(xiàn)[22]在柵源極增加基于MOSFET管開斷的有源鉗位電路，該方法能有效將柵極電壓鉗位在關(guān)斷負(fù)壓，但同樣需外加MOSFET管驅(qū)動信號。

綜上所述，現(xiàn)有SiC MOSFET串?dāng)_抑制方法大都以犧牲開關(guān)損耗、開關(guān)延時或增加控制復(fù)雜程度為代價?；诖耍疚脑谪?fù)壓關(guān)斷前提下，提出一種在柵源極增加三極管串聯(lián)電容新型輔助支路的改進(jìn)驅(qū)動設(shè)計方法，該方法具有開關(guān)損耗小、延時較短、控制簡單的特點。

論文首先闡述串?dāng)_現(xiàn)象的產(chǎn)生原理及其典型抑制方法，其次分析改進(jìn)驅(qū)動電路工作原理與關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計原則，最后，搭建雙脈沖實驗平臺，對改進(jìn)驅(qū)動電路有效性進(jìn)行實驗驗證。

圖9  雙脈沖測試實驗平臺

圖10  改進(jìn)驅(qū)動電路原理