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2021.04.21 SiC功率元件

總結

SiC MOSFET:橋式結構中Gate-Source電壓的動作

到目前為止,已經以“SiC MOSFET:橋式結構中Gate-Source間電壓的動作”為題,用了六個篇幅介紹了以大電流執行高速切換的橋式結構中可能出現的閘極電壓的動作。

在橋式結構中MOSFET的閘極電壓,由於MOSFET之間會互相關聯而動作,因此是非常複雜。此外,閘極驅動電路的條件不同其動作也有顯著差異。例如,即使電路方式、所使用的SiC MOSFET以及其他零件相同,也可能因僅僅更改了電路板或佈線佈局而表現出完全不同的動作。也可以說應該重點關注“動作因電路板和佈線的不同而顯著不同”這點,在電路板或佈局不同的情況下,如果因為電路具有良好的實績而忽略了驗證評估,這將會造成嚴重的後果。

瞭解了這裡提到的基本工作和波形動作機制,將有助於處理在實際設計過程中遇到的問題。這次使用的範例是一個對LS SiC MOSFET進行切換的升壓電路,對於 HS SiC MOSFET進行切換的降壓電路中,僅僅是LS和​​HS的動作替換,所以動作是相同的。因此,可以作為使用硬切換的各種電路拓撲中的基本想法來應用。

下面匯總了每篇文章的連結和關鍵要點。

“SiC MOSFET:橋式結構中Gate-Source間電壓的動作”

前言

關鍵要點

・功率切換元件作為切換元件廣泛應用於各種電源應用和電源線路中。

・使用的電路方式種類繁多,使用方法也多種多樣。

・將開關元件上下串聯連接的橋式結構中,元件交替地導通和關斷,並相互影響。

・要實現大功率的高速切換轉換,需要對切換動作有深入瞭解。

SiC MOSFET的橋式結構

關鍵要點

・在探討“SiC MOSFET橋式結構中閘極-源極間電壓的動作”時,以在橋式結構中使用MOSFET時最簡單的同步方式升壓(boost)電路為例進行介紹。

・瞭解範例電路的結構、工作、電壓和電流波形。

SiC MOSFET的閘極驅動電路和Turn-on/Turn-off動作

關鍵要點

・Turn-on時和Turn-off時的VDS和ID的變化方式不同。

・在探討這種變化對VGS的影響時,需要在包括閘極驅動電路的寄生成分在內的等效電路的基礎上進行考量。

橋式電路的切換產生的電流和電壓

關鍵要點

・由於閘極驅動電路切換動作中的MOSFET的VDS和ID的變化,在電路中會因寄生電容或電感而產生電流和電壓。

・dVDS/dt和dID/dt可以為正也可以為負,所以因它們而產生的電流和電壓的極性在導通(Turn-on)和關斷(Turn-off)時是不同的。

低側切換導通時的Gate-Source間電壓的動作

關鍵要點

・在橋式結構中,受SiC MOSFET的閘極電容、以及切換帶來的VDS和ID變化影響,可能會在LS SiC MOSFET在切換導通時發生HS誤啟動。

・作為解決誤啟動問題的對策,可以採用減小外接閘極電阻值的方法,但是需要設法僅減小HS關斷時的閘極電阻,以免影響其他動作。

低側切換關斷時的Gate-Source間電壓的動作

關鍵要點

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

・HS產生的負突波可能會超過額定值,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