【導(dǎo)讀】MOSFET和IGBT等功率半導(dǎo)體作為開(kāi)關(guān)元件已被廣泛應(yīng)用于各種電源應(yīng)用和電力線路中。其中,SiC MOSFET在近年來(lái)的應(yīng)用速度與日俱增,它的工作速度非常快,以至于開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓和電流的變化已經(jīng)無(wú)法忽略SiC MOSFET本身的封裝電感和外圍電路的布線電感的影響。特別是柵極-源極間電壓,當(dāng)SiC MOSFET本身的電壓和電流發(fā)生變化時(shí),可能會(huì)發(fā)生意想不到的正浪涌或負(fù)浪涌,需要對(duì)此采取對(duì)策。
在本文中,我們將對(duì)相應(yīng)的對(duì)策進(jìn)行探討。關(guān)于柵極-源極間電壓產(chǎn)生的浪涌,在之前發(fā)布的Tech Web基礎(chǔ)知識(shí) SiC功率元器件 應(yīng)用篇的“SiC MOSFET:橋式結(jié)構(gòu)中柵極-源極間電壓的動(dòng)作”中已進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。
什么是柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌?
右側(cè)的電路圖是在橋式結(jié)構(gòu)中使用SiC MOSFET時(shí)最簡(jiǎn)單的同步升壓(Boost)電路。在該電路中,高邊(以下稱“HS”)SiC MOSFET與低邊(以下稱“LS”)SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)同步進(jìn)行開(kāi)關(guān)。當(dāng)LS導(dǎo)通時(shí),HS關(guān)斷,而當(dāng)LS關(guān)斷時(shí),HS導(dǎo)通,這樣交替導(dǎo)通和關(guān)斷。
由于這種開(kāi)關(guān)工作,受開(kāi)關(guān)側(cè)LS電壓和電流變化的影響,不僅在開(kāi)關(guān)側(cè)的LS產(chǎn)生浪涌,還會(huì)在同步側(cè)的HS產(chǎn)生浪涌。
下面的波形圖表示該電路中LS導(dǎo)通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的漏極-源極電壓(VDS)和漏極電流(ID)的波形,以及柵極-源極電壓(VGS)的動(dòng)作。橫軸表示時(shí)間,時(shí)間范圍Tk(k=1~8)的定義如下:
T1: LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電流變化期間
T2: LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電壓變化期間
T3: LS導(dǎo)通期間
T4: LS關(guān)斷、SiC MOSFET電壓變化期間
T5: LS關(guān)斷、SiC MOSFET電流變化期間
T4~T6: HS導(dǎo)通之前的死區(qū)時(shí)間
T7: HS導(dǎo)通期間(同步整流期間)
T8: HS關(guān)斷、LS導(dǎo)通之前的死區(qū)時(shí)間
在柵極-源極電壓VGS中,發(fā)生箭頭所指的事件(I)~(IV)。每條虛線是沒(méi)有浪涌的原始波形。這些事件是由以下因素引起的:
事件(I)、(VI) → 漏極電流的變化(dID/dt)
事件(II)、(IV) →漏極-源極電壓的變化(dVDS/dt)
事件(III)、(V) →漏極-源極電壓的變化結(jié)束
在這里探討的“柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌”就是指在這些事件中尤其影響工作的LS導(dǎo)通時(shí)HS發(fā)生的事件(II)以及 LS關(guān)斷時(shí)HS發(fā)生的事件(IV)。
關(guān)鍵要點(diǎn)
● 近年來(lái),SiC MOSFET被越來(lái)越多地用于電源和電力線路中的開(kāi)關(guān)應(yīng)用,SiC MOSFET工作速度非常快,快到已經(jīng)無(wú)法忽略由于SiC MOSFET其自身封裝電感和外圍電路布線電感帶來(lái)的影響。
● 因此,特別是SiC MOSFET,可能會(huì)在柵極-源極間電壓中產(chǎn)生意外的浪涌,需要對(duì)此采取對(duì)策。
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