SiC功率元件｜應用篇

傳統的MOSFET驅動方法

2022.12.21

重點

・MOSFET的寄生電感導致的切換損耗是提升切換速度過程中的一大課題。

・驅動器源極(Driver Source)引腳旨在解決該課題。

MOSFET和IGBT等電源切換元件被廣泛應用於各種電源應用和電源線路中。需要盡可能地降低這種切換元件產生的切換損耗和傳導損耗，但不同的應用其降低損耗的方法也不盡相同。近年來，發現有一種方法可以改善MOSFET和IGBT等的切換損耗問題，那就是帶有驅動器源極(Driver Source)引腳（所謂的Kelvin Source引腳）的新封裝。在本文“透過驅動器源極(Driver Source)引腳改善切換損耗”中，將介紹功率切換產品具有驅動器源極(Driver Source)引腳的效果以及使用注意事項。

傳統的MOSFET驅動方法

為了便於對驅動器源極(Driver Source)引腳進行說明，我們先來瞭解一下傳統的MOSFET驅動方法。

MOSFET通常為電壓驅動型，透過開/關閘極引腳的電壓來控制切換工作。下面是傳統TO-247N封裝（3引腳）MOSFET的常見閘極驅動電路範例。

驅動電源VG和MOSFET的閘極引腳Gate之間連接外接電阻RG_EXT，用來控制切換速度，但驅動電路中含有PCB版圖的電感LTRACE和MOSFET源極引腳Source的封裝電感LSOURCE，因此這個參數是需要好好考慮的重要專案。閘極引腳的封裝電感包含在LTRACE中，而汲極引腳Drain的電感LDRAIN不包含在閘極驅動電路中，因此在這裡省略。

由於該驅動電路的具體工作是很基本的而且是常見的，因此在此省略相應的介紹，但需要注意的是，由於流過汲極和源極間的汲極電流ID的變化，LSOURCE中會產生電動勢VLSOURCE，這一點在傳統的切換速度下很容易被忽略。下面是驅動電路的切換工作中的電壓外加情況：

MOSFET被外加VG並導通後，ID増加，LSOURCE沿圖中（I）的方向產生VLSOURCE。另一方面，由於電流IG流入閘極引腳，因此在RG_EXT上會產生壓降VRG_EXT(I)。這些電壓包含在導通時的驅動電路網中，如公式（1）所示，它們使MOSFET的導通動作所需的晶片上的電壓VGS_INT減少，最終導致導通速度下降。LTRACE也會產生電動勢，但因其非常小而在此省略。

關斷時也是同樣的原理，由於公式（1）中的IG和dID/dt為負，因此使RG_EXT和LSOURCE電壓上升（II），VGS_INT增加，導致關斷速度下降。

一般來講，電源切換元件的LSOURCE為幾nH到十幾nH，加上當dID/dt達到幾A/ns時可能會產生10V以上的VLSOURCE，這些將對MOSFET切換工作產生很大的影響。

驅動器源極(Driver Source)引腳是透過消除VLSOURCE的影響來改善MOSFET切換速度的。

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