驅動電路設計是功率半導體應用中的難點，涉及到功率半導體的動態過程控制及元件的保護，實踐性非常強。為了方便實現可靠的驅動設計，英飛凌的驅動集成電路內建了一些重要的功能。本系列文章將以雜談的形式介紹技術背景，然後詳細講解如何正確理解和應用驅動器的相關功能。
什麼是誤導通
圖1是最基本的半橋電路，上管開通的波形如圖2所示，此時下管VT2的驅動電壓為零，已經關斷了。
圖1. IGBT半橋電路
由圖2可以看出IGBT VT1有兩個明顯的集電極峰值電流。第一個電流尖峰工程師都很熟悉，是來自於下橋臂IGBT的續流二極體VD2的反向恢復電流。注意到沒有，UCE還沒有達到飽和電壓時又出現了第二個電流尖峰，持續時間不長，大約為50ns，分析可以確認這是由於IGBT VT2的瞬時開通所導致的。
正常情況下，幾十奈秒的脈衝電流還不至於直接損壞功率半導體元件，然而，額外的損耗是無法避免的，會導致嚴重的結溫升高，進而降低元件的壽命。另外，產生的振盪會干擾驅動電路和控制電路，導致工作異常。
圖2. 半橋電路上管VT1導通時的波形
為什麼會誤導通？
當開通半橋電路下橋臂IGBT VT2時，上橋臂IGBT VT1就會產生電壓快速上升dUCE/dt，其在密勒電容CGC產生電流iGC，即：
圖3. 密勒電容引起寄生開通
該電流iGC將透過IGBT內部柵極電阻RGint、外部柵極電阻RGext，和驅動內部電阻RDr，最後到電源地（這裡，電源地和IGBT VT1發射極同電位)，並產生柵極電壓，幅值為：
一旦這時閘極電壓UGE高於IGBT的閾值電壓UGE(TO)，就會產生寄生開通。如果IGBT VT2已經導通，這將導致短路。好在這類短路持續的時間很短，通常大約是10~100ns，一般IGBT都能承受。
在功率半導體的寄生參數中，除了寄生電容CGC，還有另外一個寄生電容CGE。部分iGC電流將會通過該電容直接到電源地。
圖4. IGBT的寄生電容
英飛凌IGBT7採用微溝槽技術，溝槽密度高，因此可以多製作一些溝槽，其中一部分製作成偽溝槽，這樣可以進行優化CGC和CGE比值，減小誤導通風險，使得IGBT更好用。
SiC MOSFET的dUCE/dt更高，好在SiC的米勒電容只有IGBT的十分之一左右。
工程師可能也會想到在柵極和發射極之間外接一個電容CGE也可以降低米勒效應，但需要注意的是額外電容CGE將影響IGBT的開通特性（參考資料2中的第6章6.6.2節）。通常，為了抑制或減弱不需要的振盪，可以使用一個小電阻和電容串聯。
米勒鉗位電路
外接一個電容CGE分流是一種古老的思路，在集成電路時代一定會考慮使用有源元件來實現相同或更好的功能，這就是米勒鉗位功能。
以EiceDRIVER™ F3為例，該柵極驅動器增加了一個CLAMP腳位，跳過外接的柵極電阻RG直接連接到功率管的柵極，並確保儘可能降低寄生電感。CLAMP功能腳在鉗位非啟動狀態下監測柵極電壓，一旦柵極電壓相對於VEE2低於2V，便開啟CLAMP與VEE2之間的MOSFET，提供米勒電流的低阻抗通路，防止寄生導通。鉗位電路在柵極驅動器再次啟動之前保持啟動狀態。
圖5. EiceDRIVER™ F3 1ED332xMC12N 的米勒夾位
米勒鉗位預驅
當米勒箝位信號走線電感較大或者大功率元件的米勒電流較大的情況下，驅動晶片自帶的米勒箝位表現並不理想。一般晶片的米勒箝位能力只有約2A，這會降低大功率IGBT的箝位能力。此時可以選擇帶有外部MOSFET預驅動器輸出的驅動晶片產品，例如圖6中的英飛凌1ED3491。
圖6. 帶米勒預驅的晶片產品
外部的小信號N溝道MOSFET晶體管與驅動器CLAMPDRV腳相連，可實現大電流的箝位。如圖6所示，將MOSFET連接到CLAMPDRV輸出、VEE2引腳和IGBT柵極之間。由於採用了米勒預驅動配置，箝位電流僅受外部箝位MOSFET晶體管的限制。根據外部MOSFET的不同，米勒電流箝位可達20A。箝位MOSFET必須靠近IGBT柵極，以盡量減少米勒電流泄放通路的電阻和電感。
英飛凌帶米勒鉗位的工業應用驅動器產品：
EiceDRIVER™ Compact隔離柵極驅動器IC
■ X3 Compact：1ED3122MC12H、1ED3127MU12F、1ED3125MU12F
■ 2L-SRC Compact：1ED3251MC12H、1ED3250MC12H
在EiceDRIVER™ Enhanced系列隔離閘極驅動器IC
■ F3系列1ED332x
■ X3 Analog系列1ED34x1
■ X3 Digital系列1ED38x0
X3 Analog 模擬系列的柵極驅動器 1ED3491 和 X3 Digital 數位系列的柵極驅動器 1ED3890 提供米勒鉗位預驅動器，可驅動一個外部 MOSFET，該 MOSFET 可以放置在非常靠近 SiC MOSFET 的地方，以減少寄生電感，獲得最佳的鉗位效果。
電平位移驅動器：
2ED1323S12P電平位移閘極驅動器同時提供了主動米勒夾位功能和過電流（ITRIP）保護。
米勒鉗位不是萬能的
IGBT模組是透過晶片並聯來實現大電流的，為了均流，晶片上自帶柵極電阻，數據手冊上可以找到具體數值。這個柵極電阻會影響米勒鉗位的效果。儘管採用了米勒鉗位，但根據IGBT和系統設計的不同，柵極電壓仍可能引起IGBT寄生導通。在這種情況下，建議最好避免使用單電源，正負電源可以更有效地解決米勒導通問題。
系列文章
驅動電路設計（七）——自舉電源在5kW交錯調制圖騰柱PFC應用
參考資料
2. IGBT模組：技術、驅動和應用 機械工業出版社
3. 資料表 EiceDRIVER™ 1ED332xMC12N 增強版 (1ED-F3)
4. AN 2022-03 EiceDRIVER™ F3——具備短路保護功能的單通道增強型隔離閘極驅動器系列
5. AN-2021-03 技術說明 1ED324xMC12H_1ED325xMC12H 應用說明
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