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2021.10.13 Si功率元器件

重负载时中开关元件工作相关的注意事项

相移全桥电路的功率转换效率提升

关键要点:

・在重负载时,如果trr较长,则超前臂关断时,寄生双极晶体管可能会误导通,从而损坏MOSFET。

・在PSFB电路中,在反向恢复期间体二极管的偏置电压几乎为0V,因此电荷释放速度变慢,最终导致trr变长。

・在PSFB电路中使用trr小的MOSFET很重要。

・即使是快速恢复型SJ MOSFET,其性能也会因制造商和产品系列而异,因此在选择时需要充分确认。

在重负载时,如果MOSFET的体二极管的反向恢复时间trr较长,且有电流残留,则在超前臂的MOSFET关断时,寄生双极晶体管可能会误导通,从而损坏MOSFET。这种问题发生在由关断时产生的对漏源电容CDS的充电电流而使寄生双极晶体管自发地导通(误导通)、瞬间流过大电流时。

在逆变器电路等电路中,在正向电流流过MOSFET的体二极管的状态下,通过施加高反向偏置电压,强制使体二极管中的电荷(Qrr)被快速释放。这种放电所需时间为trr,因此最终会导致trr变短。

而在PSFB电路中,在反向恢复期间施加到体二极管的偏置电压几乎为0V,这会使电荷释放速度变慢,最终导致trr变长。下图为超前臂MOSFET的VDS、ID和反向恢复电流示意图。

当trr变长时,反向恢复所产生的电流会发生变化,如图中红色虚线所示。也就是说,当关断时,MOSFET中有电荷残存,这使得电流更容易流动,使寄生双极晶体管更容易误导通。

PSFD回路、進みレグのMOSFETのVDS、ID、リカバリー電流の概略図

t0~t1: 从MOSFET的输出电容放电,正向电流开始流过体二极管。
t1~t3: 体二极管导通的时间段。
t1~t5: MOSFET导通,处于导通状态的时间段。
t3~t4: 体二极管流过反向恢复电流的时间段。 trr越长,这个时间段就越长。
t5~t6: MOSFET关断。这时,如果trr过长,则寄生双极晶体管更容易误导通,导致损坏MOSFET。

因此,在PSFB电路中,需要使用trr小的MOSFET。简言之,trr越小越有效。市场上有一些低trr的快速恢复SJ MOSFET,但制造商和产品系列不同,trr及其相关参数也存在差异,因此,在选择时需要进行充分确认。

即使是滞后臂的MOSFET,在关断时也可能引起寄生双极晶体管的误导通。但是,正如通过PSFB电路的工作所解释说明的,由于与超前臂相比,ID为正的时间段较长,因此不容易受到trr的影响,滞后臂不容易因寄生双极晶体管的误导通而导致MOSFET损坏。与超前臂一样,这里也给出了反向恢复电流的示意图。

PSFD回路、遅れレグのMOSFETのVDS、ID、リカバリー電流の概略図

t0~t1: 从MOSFET的输出电容放电,正向电流开始流过体二极管。
t0~t2: 体二极管导通的时间段。
t1~t4: MOSFET导通,处于导通状态的时间段。
t2~t3: 体二极管流过反向恢复电流的时间段。trr越长,这个时间段就越长。
t4~t5: MOSFET关断。与超前臂相比,不易受反向恢复的影响,因此寄生双极晶体管不易发生误导通。