電源設計技術資訊網站

電源設計支援工具   English   简体中文   日本語   한국어

2021.03.24 SiC功率元件

低側切換關斷時的Gate-Source間電壓的動作

SiC MOSFET:橋式結構中Gate-Source電壓的動作

上一篇文章中介紹了LS切換導通時Gate-Source間電壓的動作。本文將繼續介紹LS關斷時的動作情況。

低側切換關斷時的Gate-Source間電壓的動作

下面是表示LS MOSFET關斷時的電流動作的等效電路和波形示意圖。與導通時的做法一樣,為各事件進行了(IV)、(V)、(VI)編號。與導通時相比,只是VDS和ID變化的順序發生了改變,其他基本動作是一樣的。與導通時的事件之間的對應關係如下:

關斷   導通
事件(IV) 事件(II) 
事件(V)  事件(III)
事件(VI) 事件(I)  


dVDS/dt帶來的LS的VGS上升和HS的VGS負突波(波形示意圖T4)是事件(IV)。
波形示意圖的T4週期結束時,公式(1)所示的ICGD1消失時發生的突波是事件(V)。公式(1)與之前使用的公式相同。

然後,汲極電流發生變化(波形示意圖T6),並發生公式(2)所示的LSOURCE引起的電動勢,電流如等效電路的事件(VI)中所示流動。公式(2)也與之前使用的公式相同。

可以看出的動作是,由於該電流以源極側為負極向MOSFET的CGS充電,因此在HS側將VGS推高,在LS側將VGS向正極側拉升,以防止VGS下降。結果就產生了波形示意圖所示的VGS動作。波形示意圖中VGS的虛線表示理想的電壓波形。

外接閘極電阻的影響

下面是SiC MOSFET橋式結構的LS關斷時的雙脈衝測試結果。(a)波形圖的外接閘極電阻RG_EXT為0Ω時,(b)為10Ω。圖中的(IV)、(V)、(VI)即前面提到的事件。

如波形圖所示,可以看到事件(V)的突波非常明顯。

儘管由VDS的變化引起的事件(IV)的影響很小,但由於HS中事件(IV)引起的負突波常常會超過額定值,在這種情況下,就需要對電路採取相應的措施。要想減少這種關斷時的HS負突波,需要減小HS閘極電阻RG_EXT。然而,需要注意的是,在上一篇文章介紹過的常用閘極電阻調節電路中,事件(IV)在電阻值高的RG_ON側較為突出。

關於由事件(VI)引起的VGS抬升,由於該時刻正好在關斷(Turn-off)結束之前,所以即使HS進入導通(Turn-on)動作,SiC MOSFET橋式結構的LS也已經被關斷,幾乎不會造成什麼問題。

關鍵要點:

・SiC MOSFET橋式結構的LS切換關斷(Turn-off)時的動作與SiC MOSFET橋式結構的LS導通(Turn-on)時基本相同。

・SiC MOSFET橋式結構的HS產生的負浪湧可能會超過額定值,在這種情況下,需要對電路採取相應的措施。

理解SiC(碳化矽)功率元件和活用範例