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2021.01.20 Si功率元器件

总结

通过双脉冲测试评估MOSFET的反向恢复特性

本文将对该系列内容进行总结。

在“通过双脉冲测试评估MOSFET的反向恢复特性”中,重点关注了由于逆变器电路、Totem Pole型功率因数校正(PFC)电路等是两个MOSFET串联连接的桥式电路,因此存在因上下桥臂的直通电流导致导通损耗增加的现象。

该现象受开关MOSFET和相对臂MOSFET的体二极管(寄生二极管)的反向恢复特性影响很大,因此给出了使用双脉冲测试评估MOSFET体二极管的反向恢复特性的结果。

在双脉冲测试中,从两个角度比较并评估了导通损耗。一个是标准SJ MOSFET与PrestoMOS™(具有快速恢复特性的SJ MOSFET)的比较,另一个是与不同制造商生产的SJ MOSFET(以快速恢复特性为特点)的比较。

在此次评估中获得了以下两个结果,并且验证了一个关键要点:要想减少导通损耗,需要评估MOSFET体二极管的反向恢复特性并选择具有出色反向恢复特性的MOSFET,这一点至关重要。

  • 1. 在标准SJ MOSFET与具有快速恢复特性的PrestoMOS™的比较中,作为导通损耗主要原因的反向恢复电流Irr和反向恢复电荷QRr在PrestoMOS™中要小得多,有助于降低开关损耗。
  • 2. 在与不同制造商生产的具有快速恢复特性的SJ MOSFET的比较中,制造商之间的Irr和Qrr存在差异,PrestoMOS™是此次比较的三家公司中表现最出色的,并且开关损耗的降低效果最好。

除此以外,还提出了一个注意事项:有时候即使具有快速恢复特性,也可能无法降低导通损耗,抑制导致这种情况的主要原因“误启动”也很重要。误启动是因MOSFET的各栅极电容(CGD,CGS)和RG引起的现象,在桥式电路中,当位于开关侧的MOSFET导通(Turn-on)时,在原本为OFF状态的续流侧MOSFET发生了不应发生的导通,导致直通电流流过,损耗增大。

下图在“误启动的发生机制”一文中使用过,从图中可以看出,当发生误启动时,除了体二极管的反向恢复电流外,还会流过更大的直通电流。

误启动演示图

如上面的评估结果2所示,在与来自不同制造商的具有快速恢复特性的SJ MOSFET的比较中,PrestoMOS™的导通损耗最低,这是因为PrestoMOS™不仅具有快速恢复特性,而且在设计时特别优化了各栅极电容的比率,抑制了误导通现象。

因此,除了MOSFET体二极管的反向恢复特性(Irr和Qrr)之外,桥式电路的开关损耗还受到误启动带来的直通电流的影响,因此选择能够抑制这两者的MOSFET是减少开关损耗的关键要点。

下面是每篇文章的链接和关键要点汇总。

什么是双脉冲测试?

  • ・双脉冲测试是广泛应用于MOSFET和IGBT等功率开关元件特性评估的一种测试方法。
  • ・双脉冲测试不仅可以评估对象元件的开关特性,也可以评估体二极管和外置快速恢复二极管等的恢复特性。
  • ・双脉冲测试对导通时发生恢复特性引起损耗的电路的评估非常有效。

通过双脉冲测试评估反向恢复特性

  • ・在桥式电路中,当MOSFET的体二极管恢复特性较差时,导通损耗会增加。
  • ・反向恢复电流Irr和反向恢复电荷Qrr较低的MOSFET,导通损耗EON_L也较小。
  • ・快速恢复型MOSFET之间进行比较也得出同样的结论。
  • ・对MOSFET的反向恢复特性进行评估对于降低桥式电路的损耗非常重要。
  • ・请注意,受误启动现象的影响,有时即使具有快速恢复特性,也无法降低导通损耗。

误启动的发生机制

  • ・桥式电路中的误启动是指由于MOSFET的VDS急剧上升引发VGS的上升,从而导致MOSFET发生意外导通的现象。
  • ・在桥式电路中,当误启动引发了直通电流时,导通损耗会增加,因此有时候选择只是反向恢复特性出色的MOSFET也未必能够获得理想的损耗降低效果。