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2021.12.22 Si功率元件

重載時中切換元件工作相關的注意事項

相移全橋電路的功率轉換效率提升

在重載時,如果MOSFET的本體二極體的反向恢復時間trr較長,且有電流殘留,則在超前臂的MOSFET關斷時,寄生雙載子電晶體可能會誤導通,從而損壞MOSFET。這種問題發生在關斷時,產生對Drain-Source電容CDS的充電電流而使寄生雙載子電晶體自發地導通(誤導通)、瞬間流過大電流所引起。

在逆變器電路等電路中,在順向電流流過MOSFET的本體二極體的狀態下,透過外加高電壓的逆向電壓,強制使本體二極體中的電荷(Qrr)被快速釋放。這種放電所需時間為trr,因此最終會導致trr變短。

而在PSFB電路中,在反向恢復期間外加到本體二極體的偏壓幾乎為0V,這會使電荷釋放速度變慢,最終導致trr變長。下圖為超前臂MOSFET的VDS、ID和反向恢復電流示意圖。

當trr變長時,反向恢復所產生的電流會發生變化,如圖中紅色虛線所示。也就是說,當關斷時,MOSFET中有電荷殘存,這使得電流更容易流動,使寄生雙載子電晶體更容易誤導通。

t0~t1: 從MOSFET的輸出電容放電,正向電流開始流過本體二極體。
t1~t3: 本體二極體導通的時間段。
t1~t5: MOSFET導通,處於導通狀態的時間段。
t3~t4: 本體二極體流過反向恢復電流的時間段。 trr越長,這個時間段就越長。
t5~t6: MOSFET關斷。這時,如果trr過長,則寄生雙載子電晶體更容易誤導通,導致損壞MOSFET。

因此,在PSFB電路中,需要使用trr小的MOSFET。簡言之,trr越小越有效。市場上有一些低trr的快速恢復SJ MOSFET,但製造商和產品系列不同,trr及其相關參數也存在差異,因此,在選擇時需要進行充分確認。

即使是滯後臂的MOSFET,在關斷時也可能引起寄生雙載子電晶體的誤導通。但是,正如透過PSFB電路的工作所解釋說明的,由於與超前臂相比,ID為正的時間段較長,因此不容易受到trr的影響,滯後臂不容易因寄生雙載子電晶體的誤導通而導致MOSFET損壞。與超前臂一樣,這裡也給出了反向恢復電流的示意圖。

t0~t1: 從MOSFET的輸出電容放電,正向電流開始流過本體二極體。
t0~t2: 本體二極體導通的時間段。
t1~t4: MOSFET導通,處於導通狀態的時間段。
t2~t3: 本體二極體流過反向恢復電流的時間段。trr越長,這個時間段就越長。
t4~t5: MOSFET關斷。與超前臂相比,不易受反向恢復的影響,因此寄生雙載子電晶體不易發生誤導通。

重點:

・在重載時,如果trr較長,則超前臂關斷時,寄生雙載子電晶體可能會誤導通,從而損壞MOSFET。

・在PSFB電路中,在反向恢復期間本體二極體的偏壓幾乎為0V,因此電荷釋放速度變慢,最終導致trr變長。

・在PSFB電路中使用trr小的MOSFET很重要。

・即使是快速恢復型SJ MOSFET,其性能也會因製造商和產品系列而異,因此在選擇時需要充分確認。

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