【導(dǎo)讀】MOSFET和IGBT等功率半導(dǎo)體作為開關(guān)元件已被廣泛應(yīng)用于各種電源應(yīng)用和電力線路中。其中,SiC MOSFET在近年來的應(yīng)用速度與日俱增,它的工作速度非???,以至于開關(guān)時的電壓和電流的變化已經(jīng)無法忽略SiC MOSFET本身的封裝電感和外圍電路的布線電感的影響。特別是柵極-源極間電壓,當(dāng)SiC MOSFET本身的電壓和電流發(fā)生變化時,可能會發(fā)生意想不到的正浪涌或負浪涌,需要對此采取對策。
在本文中,我們將對相應(yīng)的對策進行探討。關(guān)于柵極-源極間電壓產(chǎn)生的浪涌,在之前發(fā)布的Tech Web基礎(chǔ)知識 SiC功率元器件 應(yīng)用篇的“SiC MOSFET:橋式結(jié)構(gòu)中柵極-源極間電壓的動作”中已進行了詳細說明。
什么是柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌?
右側(cè)的電路圖是在橋式結(jié)構(gòu)中使用SiC MOSFET時最簡單的同步升壓(Boost)電路。在該電路中,高邊(以下稱“HS”)SiC MOSFET與低邊(以下稱“LS”)SiC MOSFET的開關(guān)同步進行開關(guān)。當(dāng)LS導(dǎo)通時,HS關(guān)斷,而當(dāng)LS關(guān)斷時,HS導(dǎo)通,這樣交替導(dǎo)通和關(guān)斷。
由于這種開關(guān)工作,受開關(guān)側(cè)LS電壓和電流變化的影響,不僅在開關(guān)側(cè)的LS產(chǎn)生浪涌,還會在同步側(cè)的HS產(chǎn)生浪涌。
下面的波形圖表示該電路中LS導(dǎo)通時和關(guān)斷時的漏極-源極電壓(VDS)和漏極電流(ID)的波形,以及柵極-源極電壓(VGS)的動作。橫軸表示時間,時間范圍Tk(k=1~8)的定義如下:
T1: LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電流變化期間
T2: LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電壓變化期間
T3: LS導(dǎo)通期間
T4: LS關(guān)斷、SiC MOSFET電壓變化期間
T5: LS關(guān)斷、SiC MOSFET電流變化期間
T4~T6: HS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間
T7: HS導(dǎo)通期間(同步整流期間)
T8: HS關(guān)斷、LS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間
在柵極-源極電壓VGS中,發(fā)生箭頭所指的事件(I)~(IV)。每條虛線是沒有浪涌的原始波形。這些事件是由以下因素引起的:
事件(I)、(VI) → 漏極電流的變化(dID/dt)
事件(II)、(IV) →漏極-源極電壓的變化(dVDS/dt)
事件(III)、(V) →漏極-源極電壓的變化結(jié)束
在這里探討的“柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌”就是指在這些事件中尤其影響工作的LS導(dǎo)通時HS發(fā)生的事件(II)以及 LS關(guān)斷時HS發(fā)生的事件(IV)。
關(guān)鍵要點
● 近年來,SiC MOSFET被越來越多地用于電源和電力線路中的開關(guān)應(yīng)用,SiC MOSFET工作速度非常快,快到已經(jīng)無法忽略由于SiC MOSFET其自身封裝電感和外圍電路布線電感帶來的影響。
● 因此,特別是SiC MOSFET,可能會在柵極-源極間電壓中產(chǎn)生意外的浪涌,需要對此采取對策。
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