探討正電壓浪湧的對策和其效果
發布時間:2022-02-11 來源:RHOM 責任編輯:wenwei
【導讀】在上一篇文章中,給出了一個針對柵極-源極電壓中產生的浪湧的抑製電路示例。本文將會通過示例來探討正電壓浪湧的對策和其效果。
本文的關鍵要點
・通過采取措施防止柵極-源極間電壓的正電壓浪湧,來防止LS導通時的HS誤導通。
・具體方法取決於各電路中所示附加上的對策電路。
・如果柵極驅動IC沒有驅動米勒鉗位用MOSFET的控製功能,則很難通過米勒鉗位進行抑製。
・作為米勒鉗位的替代方案,可以通過增加誤導通抑製電容器來處理。
在上一篇文章中,給出了一個針對柵極-源極電壓中產生的浪湧的抑製電路示例。本文將會通過示例來探討正電壓浪湧的對策和其效果。
關於SiC功率元器件中柵極-源極間電壓產生的浪湧,在之前發布的Tech Web基礎知識 SiC功率元器件 應用篇的“SiC MOSFET:橋式結構中柵極-源極間電壓的動作”中已進行了詳細說明。
正電壓浪湧對策
右圖顯示了同步升壓電路中LS導通時柵極-源極電壓的行為,該圖在之前的文章中也使用過。要想抑製事件(II),即HS(非開關側)的VGS的正浪湧,正如在上一篇文章的表格中所總結的,采用浪湧抑製電路的米勒鉗位用MOSFET Q2、或誤導通抑製電容器C1是很有效的方法(參見下麵的驗證電路)。
為了驗證抑製電路的效果,將抑製電路單獨安裝在SiC MOSFET(SCT3040KR)的驅動電路上並觀察了其波形。下麵是所用SiC MOSFET的外觀和主要規格,僅供參考。
以下電路為用來驗證的抑製電路,共四種:(a)無抑製電路,(b)僅有米勒鉗位用的MOSFET(Q2),(c)僅有鉗位用的肖特基勢壘二極管D2、D3、C2,(d)僅有誤導通抑製電容器C1。通過“雙脈衝測試”確認了GS的浪湧電壓。
下麵是使用了各驗證電路的雙脈衝測試的波形。這是導通時的波形,從上到下依次顯示了開關側柵極-源極電壓(VGS_HS)、非開關側柵極-源極電壓(VGS_LS)、漏極-源極電壓(VDS)、和漏極電流(ID)。同時,給出了前述的抑製電路(a)、(b)、(c)的波形,並將上一篇文章中的正電壓抑製電路(b)的波形作為“(e)”一並列出。(e)的電路是配備了前述(b)~(d)所有抑製電路的電路。
從上麵的波形圖中可以明顯看出,在沒有對策電路的(a)和隻有鉗位SBD的(c)中,可以看到結果是未能抑製正浪湧電壓,VGS_LS波形隆起,並顯著超過了柵極導通閾值,ID也比其他電路大。也就是說,非開關側的MOSFET(在本例中為LS)發生了誤導通。
要想防止這種誤動作,配備有米勒鉗位電路的對策電路 (b) 是必不可少的措施。而實際安裝米勒鉗位電路時,需要能夠驅動米勒鉗位用MOSFET的控製信號。該信號需要在監控VGS電壓的同時控製驅動時序,一般情況下,很多驅動IC都具有該功能,但如果使用不具有該控製功能的驅動IC,則很難實現這種對策電路。
在這種情況下,如驗證電路(d)所示,可以在MOSFET的柵極-源極間連接誤導通抑製電容器C1,作為浪湧對策電路。連接了誤導通抑製電容器C1時的導通波形如下圖所示。波形(a)是沒有C1的波形,波形(b)、(c)和(d)是有C1、C1分別為2.2nF、3.3nF和4.7nF時的波形。從圖中可以看出,與沒有C1的(a)相比,在具有C1的(b)、(c)和(d)中,VGS_LS的波形隆起更小,ID的導通浪湧也更小。
但是,從ID的波形中也可以看出,當連接了誤導通抑製電容器C1時,導通動作會根據其電容量而減慢,從而會導致開關損耗增加。因此,C1的容值應該選用所需要盡量小的值。在此次的評估中,波形(b)所示的2.2nF可以說是正合適的。
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