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2021.06.09 SiC功率元件

突波抑制電路

SiC MOSFET:閘極-源極電壓的突波抑制方法

上一篇文章中,簡單介紹了SiC功率元件中閘極-源極電壓中產生的突波。從本文開始,將介紹針對所產生的SiC功率元件中突波的對策。本文先介紹突波抑制電路。

關於SiC功率元件中閘極-源極間電壓產生的突波,在之前發佈的Tech Web基礎知識 SiC功率元件 應用篇的“SiC MOSFET:橋式結構中閘極-源極間電壓的動作”中已進行了詳細說明。

突波抑制電路

如上一篇所述,SiC功率元件中閘極-源極電壓(VGS)的正突波在切換側和非切換側均有發生,但是尤其會造成問題的是在LS(低側)導通時的非切換側(HS:高側)的事件(II)。右側的波形圖與上一篇中給出的波形圖相同。

其原因是切換側已經處於導通狀態,因此,當非切換側的正突波電壓超過SiC MOSFET的閘極閾值電壓(VGS(th))時,HS和LS會同時導通並流過直通電流。

只是由於SiC MOSFET的跨導比Si MOSFET的跨導(Transconductance)小一個數量級以上,因此不會立即流過過大的直通電流。所以即使流過了直通電流,也具有足夠的冷卻能力,只要不超過MOSFET的Tj(max),基本上沒有問題。然而,直通電流畢竟是降低系統整體效率的直接因素,肯定不是希望出現的狀態,因此就有必要增加用來來抑制突波電壓的電路,以更大程度地確保突波電壓不超過SiC MOSFET的VGS(th)

抑制電路的範例如下。這些電路圖是在SiC MOSFET一般的驅動電路中增加了突波抑制電路後的電路範例。抑制電路(a)是使用關斷用的驅動電源VEE2時的電路,而抑制電路(b)是不使用VEE2的範例。在這兩個電路中,VCC2都是導通用的驅動電源,OUT1是SiC MOSFET的導通/關斷訊號,OUT2是鏡像鉗位(Miller clamp)控制訊號,GND2是驅動電路的GND。

另外,下表中列出了所添加的抑制電路的功能。添加了上面電路圖中紅色標記的零件。

效用 符號 說明
抑制正突波 D2 (C2) 抑制切換側導通時的正突波電壓(C2是旁路電容)
抑制負突波 D3 (C3) 抑制切換側和非切換側的負突波(C3是旁路電容)
抑制正/負突波 Q2 抑制非切換側的正負突波
抑制誤導通 C1 抑制非切換側的正突波

由於D2和D3通常會吸收數十ns的脈衝,因此需要儘可能將其鉗制在低電壓狀態,為此通常使用蕭特基二極體(SBD)。另外,選擇SOD-323FL等底部電極型低電阻封裝產品的效果會更好。

從下一篇開始會做詳細介紹。

重點:

・在切換側和非切換側均會出現SiC功率元件中閘極-源極電壓(VGS)的正突波,但是尤其需要解決的是SiC功率元件LS導通時在非切換側(HS)出現的正突波問題。

・由於應用SiC功率元件時,基本都需要包括其他突波在內的突波抑制對策,因此需要增加突波抑制電路。

理解SiC(碳化矽)功率元件和活用範例