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2021.01.20 SiC功率元器件

低边开关关断时的栅极 – 源极间电压的动作

SiC MOSFET:桥式结构中栅极-源极间电压的动作

上一篇文章中介绍了LS开关导通时栅极 – 源极间电压的动作。本文将继续介绍LS关断时的动作情况。

低边开关关断时的栅极 – 源极间电压的动作

下面是表示LS MOSFET关断时的电流动作的等效电路和波形示意图。与导通时的做法一样,为各事件进行了(IV)、(V)、(VI)编号。与导通时相比,只是VDS和ID变化的顺序发生了改变,其他基本动作是一样的。与导通时的事件之间的对应关系如下:

关断   导通
事件(IV) 事件(II) 
事件(V)  事件(III)
事件(VI) 事件(I)  


dVDS/dt带来的LS的VGS上升和HS的VGS负浪涌(波形示意图T4)是事件(IV)。
波形示意图的T4周期结束时,公式(1)所示的ICGD1消失时发生的浪涌是事件(V)。公式(1)与之前使用的公式相同。

然后,漏极电流发生变化(波形示意图T6),并发生公式(2)所示的LSOURCE引起的电动势,电流如等效电路的事件(VI)中所示流动。公式(2)也与之前使用的公式相同。

可以看出的动作是,由于该电流以源极侧为负极向MOSFET的CGS充电,因此在HS侧将VGS推高,在LS侧将VGS向正极侧拉升,以防止VGS下降。结果就产生了波形示意图所示的VGS动作。波形示意图中VGS的虚线表示理想的电压波形。

外置栅极电阻的影响

下面是SiC MOSFET桥式结构的LS关断时的双脉冲测试结果。(a)波形图的外置栅极电阻RG_EXT为0Ω时,(b)为10Ω。图中的(IV)、(V)、(VI)即前面提到的事件。

如波形图所示,可以看到事件(V)的浪涌非常明显。

尽管由VDS的变化引起的事件(IV)的影响很小,但由于HS中事件(IV)引起的负浪涌常常会超过额定值,在这种情况下,就需要对电路采取相应的措施。要想减少这种关断时的HS负浪涌,需要减小HS栅极电阻RG_EXT。然而,需要注意的是,在上一篇文章介绍过的常用栅极电阻调节电路中,事件(IV)在电阻值高的RG_ON侧较为突出。

关于由事件(VI)引起的VGS抬升,由于该时刻正好在关断(Turn-off)结束之前,所以即使HS进入导通(Turn-on)动作,SiC MOSFET桥式结构的LS也已经被关断,几乎不会造成什么问题。

关键要点:

・SiC MOSFET桥式结构的LS开关关断(Turn-off)时的动作与SiC MOSFET桥式结构的LS导通(Turn-on)时基本相同。

・SiC MOSFET桥式结构的HS产生的负浪涌可能会超过额定值,在这种情况下,需要对电路采取相应的措施。

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