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2021.04.07 Si功率元件

總結

透過雙脈衝測試評估MOSFET的反向恢復特性

本文將對該系列內容進行總結。

在“透過雙脈衝測試評估MOSFET的反向恢復特性”中,重點關注了由於逆變器電路、Totem Pole型功率因數校正(PFC)電路等是兩個MOSFET串聯連接的橋式電路,因此存在因上下橋臂的直通電流導致導通損耗增加的現象。

該現象受切換MOSFET和相對臂MOSFET的本體二極體(寄生二極體)的反向恢復特性影響很大,因此給出了使用雙脈衝測試評估MOSFET本體二極體的反向恢復特性的結果。

在雙脈衝測試中,從兩個角度比較並評估了導通損耗。一個是標準SJ MOSFET與PrestoMOS™(具有快速恢復特性的SJ MOSFET)的比較,另一個是與不同製造商生產的SJ MOSFET(以快速恢復特性為特點)的比較。

在此次評估中獲得了以下兩個結果,並且驗證了一個關鍵要點:要想減少導通損耗,需要評估MOSFET本體二極體的反向恢復特性並選擇具有出色反向恢復特性的MOSFET,這一點至關重要。

  •  1.在標準SJ MOSFET與具有快速恢復特性的PrestoMOS™的比較中,作為導通損耗主要原因的反向恢復電流Irr和反向恢復電荷Qrr在PrestoMOS™中要小得多,有助於降低切換損耗。
  •  2.在與不同製造商生產的具有快速恢復特性的SJ MOSFET的比較中,製造商之間的Irr和Qrr存在差異,PrestoMOS™是此次比較的三家公司中表現最出色的,並且切換損耗的降低效果最好。

除此以外,還提出了一個注意事項:有時候即使具有快速恢復特性,也可能無法降低導通損耗,抑制導致這種情況的主要原因“誤啟動”也很重要。誤啟動是因MOSFET的各閘極電容(CGD,CGS)和RG引起的現象,在橋式電路中,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。

下圖在“誤啟動的發生機制”一文中使用過,從圖中可以看出,當發生誤啟動時,除了本體二極體的反向恢復電流外,還會流過更大的直通電流。

如上面的評估結果2所示,在與來自不同製造商的具有快速恢復特性的SJ MOSFET的比較中,PrestoMOS™的導通損耗最低,這是因為PrestoMOS™不僅具有快速恢復特性,而且在設計時特別最佳化了各閘極電容的比率,抑制了誤導通現象。

因此,除了MOSFET本體二極體的反向恢復特性(Irr和Qrr)之外,橋式電路的切換損耗還受到誤啟動帶來的直通電流的影響,因此選擇能夠抑制這兩者的MOSFET是減少切換損耗的關鍵要點。

下面是每篇文章的連結和關鍵要點匯總。

什麼是雙脈衝測試?

  •  雙脈衝測試是廣泛應用於MOSFET和IGBT等功率切換元件特性評估的一種測試方法。
  •  雙脈衝測試不僅可以評估物件元件的開關特性,也可以評估體二極體和外接快速恢復二極體等的恢復特性。
  •  雙脈衝測試對導通時發生恢復特性引起損耗的電路評估非常有效。

透過雙脈衝測試評估反向恢復特性

  •  在橋式電路中,當MOSFET的本體二極體恢復特性較差時,導通損耗會增加。
  •  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橋式電路的損耗非常重要。
  •  請注意,受誤啟動現象的影響,有時即使具有快速恢復特性,也無法降低導通損耗。

誤啟動的發生機制

  •  橋式電路中的誤啟動是指由於MOSFET的VDS急遽上升引發VGS的上升,從而導致MOSFET發生意外導通的現象。
  •  在橋式電路中,當誤啟動引發了直通電流時,導通損耗會增加,因此有時候選擇只是反向恢復特性出色的MOSFET也未必能夠獲得理想的損耗降低效果。

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