SiC功率元件｜應用篇
橋式結構中的閘極-源極間電壓的行為：關斷時
2023.02.08
具有驅動器源極引腳的SiC MOSFET，與不具有驅動器源極引腳的SiC MOSFET產品相比，在橋式結構情況下的閘-源電壓的行為不同。在上一篇文章中，我們介紹了LS（低側）SiC MOSFET導通時的行為。本文將介紹低側SiC MOSFET關斷時的行為。
橋式結構中的閘極-源極間電壓的行為：關斷時
關於橋式結構中具有驅動器源極引腳的低側SiC MOSFET關斷時的行為，將與上一篇文章一樣，重點介紹與沒有驅動器源極引腳的TO-247N封裝產品之間的區別。
下圖為關斷時的各切換波形，左側為不帶驅動器源極引腳的TO-247N封裝產品，右側為帶驅動器源極引腳的TO-247-4L封裝產品。各橫軸表示時間，時間範圍Tk（k=3～7）的定義在波形圖下方有述。右下方的電路圖中給出了TO-247-4L封裝產品在橋式電路中的閘極引腳電流情況。在波形圖和電路圖中，用（IV）～（VII）來表示每個時間範圍中發生的事件。事件（VII）在T5期間結束後立即發生。
TO-247N封裝產品，沒有驅動器源極引腳
TO-247-4L封裝產品，有驅動器源極引腳
在橋式結構中低側SiC MOSFET關斷時的各切換波形
＜時間範圍Tk的定義＞
- T3：LS導通期間
- T4：LS關斷、MOSFET電壓變化期間【事件（IV）同時發生】
- T5：LS關斷、MOSFET電流變化期間【事件（VI）同時發生】
- T4～T6：HS導通之前的死區時間（Dead Time）
- T7：HS為導通期間（同步整流期間）
TO-247-4L：LS關斷時的閘極引腳電流
在波形圖比較中，TO-247-4L的事件（VI）和（VII）與TO-247N的事件不同。
事件（VI）是ID發生變化的時間點，這一點與導通時的情況一致。當HS的ID_HS急遽增加時，本體二極體的VF_HS急遽上升（前面波形圖中的虛線圓圈）。因此，會再次流過dVF_HS/dt導致的電流ICGD，並產生負突波。
右圖為關斷時切換側（LS）和換流側（HS）的VDS波形。透過波形可以看出，與導通時的情況一樣，HS的VDS_HS是在本來的dVDS_HS/dt（T4期間）結束後的ID變化時（T5期間）向負端變化，並產生了dVF_HS/dt。
TO-247-4和TO-247-4L關斷時的VDS波形比較
事件（VII）是在T5期間結束、ID_HS的變化消失時，dVF_HS/dt消失，要流入閘極引腳的ICGDICGD不再流動，ICGD的電流路徑中存在的佈線電感中積蓄的能量引起的電動勢，作為閘極和源極之間的正突波被觀測到。而在TO-247N封裝的產品中，這種正突波幾乎觀測不到。
關於TO-247N封裝產品關斷動作的詳細介紹，請參考Tech Web基礎知識SiC功率元件系列中的文章“低側切換關斷時的Gate-Source間電壓的動作”或應用指南的“關斷時閘極訊號的動作”。
下面是TO-247-4L封裝產品關斷時的VGS波形。該波形圖對是否採取了突波對策的結果進行了比較。從圖中可以看出，與導通時一樣，在沒有採取突波對策（Non-Protected）的情況下，發生了前述的突波。而實施了突波對策（Protected）後，很好地抑制了VGS突波。
為了抑制這些突波，必須瞭解上一篇文章和本文中介紹過的閘-源電壓的行為，並緊挨SiC MOSFET連接突波抑制電路作為對策。
TO-247-4L關斷時的VGS波形
（有無對策）
如果希望瞭解更詳細的資訊，請參考應用指南中的“閘極-源極電壓的突波抑制方法”或R課堂基礎知識SiC功率元件“SiC MOSFET：閘極-源極電壓的突波抑制方法”（連載中）。
【下載資料】 SiC功率元件基礎
介紹SiC的物理性質和優點，並透過與Si元件的比較，介紹SiC蕭特基二極體和SiC MOSFET的特點及使用方法上的不同，還介紹了集多重優點於一身的全SiC模組。
SiC功率元件
基礎篇
應用篇
- SiC MOSFET：橋式結構中Gate-Source電壓的動作 前言
- SiC MOSFET：根據開關波形計算損耗的方法
- SiC MOSFET：Snubber電路的設計方法 —前言—
- SiC MOSFET：閘極-源極電壓的突波抑制方法 —前言—
- 透過驅動器源極引腳改善開關損耗 —前言—
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