负电压浪涌对策

本文的关键要点

・通过采取措施防止SiC MOSFET中栅极-源极间电压的负电压浪涌,来防止SiC MOSFET的LS导通时,SiC MOSFET的HS误导通。

・具体方法取决于各电路中所示的对策电路的负载。

・如果栅极驱动IC没有控制功能,则很难通过米勒钳位进行抑制。

・作为米勒钳位的代替方案,通过结合使用钳位肖特基势垒二极管和误导通抑制电容器,与正浪涌之间取得平衡,从而达到优化的目的。

继上一篇“正电压浪涌对策”之后,本文将会通过示例来看针对负电压浪涌的对策及其效果。

关于SiC功率元器件中栅极-源极间电压产生的浪涌,在之前发布的Tech Web基础知识 SiC功率元器件 应用篇的“SiC MOSFET:桥式结构中栅极-源极间电压的动作”中已进行了详细说明。

负电压浪涌对策

右图显示了同步升压电路中LS关断时栅极-源极电压的行为,该图在之前的文章中也使用过。要想抑制事件(IV),即HS(非开关侧)的VGS的负浪涌,正如在上一篇文章“浪涌抑制电路”的表格中所总结的,采用浪涌抑制电路的米勒钳位用MOSFET Q2、或钳位用SBD(肖特基势垒二极管)D3是很有效的方法(参见下面的验证电路)。

同期方式Boost回路におけるローサイドスイッチターンオフ時のゲート-ソース間電圧挙動。

下面的电路是上一篇中用来验证正浪涌对策的抑制电路。使用“(a)无抑制电路、(b)仅有米勒钳位用的MOSFET(Q2)、(c)仅有钳位用的肖特基势垒二极管、(d)仅有误导通抑制电容器C1”这四种电路,通过“双脉冲测试”确认了VGS的浪涌电压。

SiC-MOSFETサージ抑制対策の検証用回路。

下面是双脉冲测试中关断时的波形、从上到下依次显示了开关侧栅极-源极电压(VGS_HS)、非开关侧栅极-源极电压(VGS_LS)、漏极-源极电压(VDS)和漏极电流(ID)。图中一并列出了前述的抑制电路(a)、(b)、(c)、以及同时具备抑制电路(b)和(c)的电路(e)的波形。

SiC-MOSFETサージ抑制検証回路のダブルパルス試験での波形。ターンオフ時、負サージ。/全対策を施した回路。

从这个波形图中可以看出,除了没有对策电路的(a)外,其他任何一个抑制电路都可以消除负浪涌。

接下来,请看仅连接了误导通抑制电容器C1的验证电路(d)在双脉冲测试中的关断波形。电路图与上面给出的电路图一样。波形(a)是没有C1的比较用波形,波形(b)、(c)和(d)是有C1、C1分别为2.2nF、3.3nF和4.7nF时的波形。与不加C1的(a)相比,加了C1的波形(b)、(c)、(d)中,VGS_LS的负浪涌略有降低,但效果并不明显。因此,作为对策,需要从抑制电路(b)和(c)中作出选择,但由于(c)不能抑制正浪涌,所以最终选择(b)。如果米勒钳位控制困难且无法选择抑制电路(b),则需要通过结合使用(c)和(d)来测试和优化整个系的效率。

SiC-MOSFETサージ抑制検証回路のダブルパルス試験での波形。誤オン抑制コンデンサC1のみを接続した検証回路のターンオフ時。/誤オン抑制コンデンサC1のみを接続した検証回路。

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