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2021.03.10 Si功率元件

誤啟動的發生機制

透過雙脈衝測試評估MOSFET的反向恢復特性

上一篇文章中透過標準型和具有快恢復特性的SJ MOSFET的雙脈衝測試,介紹了“在橋式電路中,恢復特性可透過使用高速MOSFET來降低損耗,但是在某些情況下,即使使用高速MOSFET也無法降低導通損耗”。本文就其中一個原因即誤啟動現象進行說明。

什麼是誤啟動現象

誤啟動是因MOSFET的各閘極電容(CGD,CGS)和RG引起的現象,在串聯2個MOSFET的橋式電路中,當位於切換側的MOSFET導通(Turn-on)時,在原本為OFF狀態的續流側MOSFET發生了不應發生的導通,導致直通電流流過,損耗增大。

誤啟動的發生機制

本圖與在“什麼是雙脈衝測試?”中用於說明的圖是同一幅圖,圖中給出了雙脈衝測試的基本工作。

從工作②轉換為工作③時,高側Q1的Drain-Source間電壓VDS_H從0V急遽變為Vi。由於此時產生的dVDS_H/dt(單位時間內的電壓變化) ,使電流流過CGD_H、CGS_H和RG_H。如果此電流導致CGS_H的電壓上升、VGS_H超過MOSFET的閘極閾值,則MOSFET將發生不應發生的導通。我們將該現象稱為誤啟動,發生誤啟動時,高壓側Q1和低壓側Q2之間會流過直通電流。下圖是展示了因本體二極體的反向恢復電流和誤啟動而引發直通電流的示意圖。

由於逆變器電路和Totem Pole PFC電路等是串聯了2個MOSFET的橋式電路,因此不僅會出現反向恢復損耗,而且還可能因誤啟動引起的直通電流導致導通損耗增大。

上一篇文章中提到的評估中使用的R6030JNZ4(PrestoMOS™),已證實其導通損耗比其他快恢復型SJ MOSFET要小。這不僅僅是因為其恢復特性出色,更是因為對各閘極電容之比進行了最佳化,並採用了可抑制誤啟動的結構。

重點:

・橋式電路中的誤啟動是指由於MOSFET的VDS急遽變化引發VGS的波動,從而導致MOSFET發生意外導通的現象。

・當誤啟動引發了直通電流時,導通損耗會增加,因此有時候即使恢復特性出色也未必能夠獲得理想的損耗降低效果。

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