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2021.01.20 Si功率元件

透過雙脈衝測試評估反向恢復特性

透過雙脈衝測試評估MOSFET的反向恢復特性

本文我們將根據使用了幾種MOSFET的雙脈衝測試結果,來探討MOSFET的反向恢復特性。該評估中的試驗電路將使用上一篇文章中給出的基本電路圖。另外,相應的確認工作也基於上次內容,因此請結合上一篇文章的內容來閱讀本文。

透過雙脈衝測試評估MOSFET反向恢復特性

為了評估MOSFET的反向恢復特性,我們使用4種MOSFET實施了雙脈衝測試。4種MOSFET均為超接合面MOSFET(以下簡稱“SJ MOSFET”),我們使用快速恢復型和普通型分別進行了比較。

先來看具有快速恢復特性的SJ MOSFETR6030JNZ4(PrestoMOS™)和具有通常特性的SJ MOSFETR6030KNZ4的試驗結果。除了反向恢復特性之外,這些SJ MOSFET的電氣規格基本相同,在試驗中,將Q1和Q2分別替換為不同的SJ MOSFET。

圖1為上次給出的工作③的導通時的ID_L波形,圖2為導通損耗Eon_L的波形。


圖1:快速反向恢復型PrestoMOS™和普通型SJ MOSFET的汲極電流ID_L的波形


圖2:快速反向恢復型PrestoMOS™和普通型SJ MOSFET的功率損耗Eon_L的波形

從圖1可以看出,快速反向恢復型R6030JNZ4(PrestoMOS™)的Q1的反向恢復電流Irr和反向恢復電荷Qrr要比普通型R6030KNZ4小得多。

從圖2可以看出,Qrr較大的普通型MOSFET的導通損耗Eon_L要比快速反向恢復型大,可見當Q1的Qrr變大時,切換損耗就會增加。

接下來請看相同條件下快速反向恢復型R6030JNZ4(PrestoMOS™)和其他快速反向恢復型SJ MOSFET之間的比較結果。圖3為與圖1同樣的ID_L波形比較,圖4為與圖2同樣的Eon_L比較。


圖3:快速反向恢復型R6030JNZ4和其他快速反向恢復型SJ MOSFET的汲極電流ID_L的波形


圖4:快速反向恢復型R6030JNZ4和其他快速反向恢復型SJ MOSFET的功率損耗Eon_L的波形

如圖3所示,與其他快速反向恢復型SJ MOSFET相比,R6030JNZ4(PrestoMOS™)的Irr和Qrr更小,因此ID_L的峰值較小,如圖4所示,其結果是Eon_L較小。

從這些結果可以看出,將MOSFET本體二極體特性中的反向恢復電流Irr和反向恢復電荷Qrr控制在較小水平的MOSFET,其導通損耗Eon_L較小。這一點對快速反向恢復型之間進行比較也是同樣的結論。所以,在設計過程中,要想降低損耗時,需要透過這樣的方法對MOSFET的反向恢復特性進行評估,並選擇最適合的MOSFET。

最後,提一個注意事項:在本次研究中,設定的前提是具有快速反向恢復特性的MOSFET是可以降低損耗的,但在某些情況下,具有快速反向恢復特性的MOSFET是無法降低導通損耗的。其原因之一是誤啟動(Self Turn On)現象。這是由MOSFET的閘極電容引起的現象。關於誤啟動(Self Turn On),將會在下一篇文章中進行詳細說明。

關鍵要點:

・反向恢復電流Irr和反向恢復電荷Qrr較低的MOSFET,導通損耗EON_L也較小。

・快速反向恢復型MOSFET之間進行比較也得出同樣的結論。

・對MOSFET的反向恢復特性進行評估對於降低損耗非常重要。

・請注意,受誤啟動現象的影響,有時即使MOSFET具有快速恢復特性,也無法降低導通損耗。

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