一、SiC MOSFET 栅极驱动挑战

1.1 SiC MOSFET 的特点

相比传统硅MOSFET，SiC MOSFET 具备以下电气特性：

• 栅极驱动电压范围窄（通常为 -5V ~ +20V）；

• 较高的dV/dt 和 di/dt ；

• 栅极氧化层更薄，更易被击穿；

• 高频、高速开关过程带来较大过冲与振荡风险。

1.2 栅极易受损机制

SiC MOSFET 栅极损坏常见于以下情况：

• 驱动回路瞬态电压尖峰；

• 共模电感耦合造成Vgs过冲；

• 控制器失控或电源波动；

• 电磁干扰（EMI）注入。

栅极一旦过压超过绝对最大额定值（一般为 ±25V），可能导致氧化层击穿、漏电流增大，最终导致器件永久失效。

二、TVS 二极管的保护机制

2.1 TVS 二极管基本原理

瞬态电压抑制二极管（TVS，Transient Voltage Suppression Diode）是一种专门用于抑制瞬态过电压（如雷击、电感回扫、ESD）的保护器件。其原理是：

• 正常工作时，TVS 二极管处于高阻状态；

• 当电压超过其击穿阈值时，TVS 迅速导通，形成低阻路径；

• 将过电压吸收并钳制在安全电平；

• 过电压消退后，TVS 恢复高阻状态。

2.2 对栅极保护的基本要求

为了保护SiC MOSFET栅极，TVS器件需具备以下特点：

• 准确的击穿电压阈值；

• 快速响应时间（<1ns）；

• 足够的功率吸收能力；

• 不影响正常驱动电压的传输。

三、为什么选择非对称 TVS 二极管

3.1 非对称 vs 对称 TVS

• 对称 TVS：正反方向击穿电压一致；

• 非对称 TVS：正、负方向的击穿电压不同，适合保护单向电压敏感器件。

SiC MOSFET 的栅极驱动常为双极性（如 +18V/-5V），但其对正过压更敏感。因此，使用非对称 TVS可实现更优钳位控制：

非对称 TVS 二极管能够：

• 精准钳制正向电压，防止Vgs过冲击穿；

• 允许一定范围内的负压（如-5V）驱动模式；

• 相比双向器件，更贴合SiC器件驱动实际需求；

• 响应更快，避免驱动波形畸变。

3.3 替代传统钳位方案的优势

四、非对称 TVS 二极管的关键选型参数

4.1 击穿电压（V_BR）

应略高于正常工作电压（如+18V），低于最大额定值（如+22V）。推荐选择V_BR ≈ 20V的非对称 TVS。

4.2 钳位电压（V_CL）

钳位电压决定保护强度，应尽可能接近器件承受的上限，避免浪涌时仍损坏器件。

4.3 反向击穿特性

负向击穿值应大于所设定的负驱动电压（如-5V），典型设计选择 V_CL- ≤ -10V，确保不干扰负压驱动。

4.4 封装与响应时间

• 封装应满足功率及热设计要求（如SMA、SMC、DO-214AA）；

• 响应时间建议 <1ns，确保高速SiC切换状态下及时保护。

五、实际应用电路分析与设计建议

5.1 应用电路图示意

lua复制编辑    +Vgs  --> 驱动控制信号        |       ---      |   |  非对称TVS       ---        |      ┌─────┐      │ SiC │      │MOSFET│      └─────┘        |       GND

5.2 驱动电路中的TVS布线建议

• TVS应尽量靠近MOSFET栅极引脚布置，减少线路电感；

• 驱动源与MOSFET间应避免长线穿插，防止振荡；

• 可与栅极电阻串联，形成更稳定的抗震网络。

5.3 推荐应用场景

六、典型非对称 TVS 器件推荐

七、总结与未来展望

非对称TVS二极管为SiC MOSFET提供了定向性更强、响应更快、集成性更高的栅极保护方案，尤其适用于双极性驱动的电源系统和高速开关场合。它有效弥补了传统齐纳管、对称TVS等方案的不足，不仅提高系统抗扰性能，更提升了整个功率转换模块的可靠性与寿命。

随着SiC器件朝着更高频、更高压、更高功率密度方向演进，对TVS器件在参数精度、封装散热、动态响应能力上的要求也将不断提高。未来，集成化TVS+驱动控制方案或成为行业主流方向，推动SiC器件在更复杂环境中稳定运行。

结语

在高性能功率器件普及的大趋势下，非对称TVS二极管的地位日益重要。只有通过精细的保护电路设计，配合科学的选型与布板策略，才能真正释放SiC MOSFET的全部性能潜力，实现高效、安全、可靠的功率转换系统。