电源设计技术信息网站

FAQ   订阅电子杂志   English   繁體中文   日本語   한국어

下载中心

2021.05.26 SiC功率元器件

什么是栅极-源极电压产生的浪涌?

SiC MOSFET:栅极-源极电压的浪涌抑制方法

MOSFET和IGBT等功率半导体作为开关元件已被广泛应用于各种电源应用和电力线路中。其中,SiC MOSFET在近年来的应用速度与日俱增,它的工作速度非常快,以至于开关时的电压和电流的变化已经无法忽略SiC MOSFET本身的封装电感和外围电路的布线电感的影响。特别是栅极-源极间电压,当SiC MOSFET本身的电压和电流发生变化时,可能会发生意想不到的正浪涌或负浪涌,需要对此采取对策。在本文中,我们将对相应的对策进行探讨。关于栅极-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。

什么是栅极-源极电压产生的浪涌?

右侧的电路图是在桥式结构中使用SiC MOSFET时最简单的同步升压(Boost)电路。在该电路中,高边(以下称“HS”)SiC MOSFET与低边(以下称“LS”)SiC MOSFET的开关同步进行开关。当LS导通时,HS关断,而当LS关断时,HS导通,这样交替导通和关断。

由于这种开关工作,受开关侧LS电压和电流变化的影响,不仅在开关侧的LS产生浪涌,还会在同步侧的HS产生浪涌。

下面的波形图表示该电路中LS导通时和关断时的漏极-源极电压(VDS)和漏极电流(ID)的波形,以及栅极-源极电压(VGS)的动作。横轴表示时间,时间范围Tk(k=1~8)的定义如下:

 T1: LS导通、SiC MOSFET电流变化期间
 T2: LS导通、SiC MOSFET电压变化期间
 T3: LS导通期间
 T4: LS关断、SiC MOSFET电压变化期间
 T5: LS关断、SiC MOSFET电流变化期间
 T4~T6: HS导通之前的死区时间
 T7: HS导通期间(同步整流期间)
 T8: HS关断、LS导通之前的死区时间

在栅极-源极电压VGS中,发生箭头所指的事件(I)~(IV)。每条虚线是没有浪涌的原始波形。这些事件是由以下因素引起的:

 事件(I)、(VI) → 漏极电流的变化(dID/dt)
 事件(II)、(IV) →漏极-源极电压的变化(dVDS/dt)
 事件(III)、(V) →漏极-源极电压的变化结束

在这里探讨的“栅极-源极电压产生的浪涌”就是指在这些事件中尤其影响工作的LS导通时HS发生的事件(II)以及 LS关断时HS发生的事件(IV)。

关键要点:

・近年来,SiC MOSFET被越来越多地用于电源和电力线路中的开关应用,SiC MOSFET工作速度非常快,快到已经无法忽略由于SiC MOSFET其自​​身封装电感和外围电路布线电感带来的影响。

・因此,特别是SiC MOSFET,可能会在栅极-源极间电压中产生意外的浪涌,需要对此采取对策。

SiC(碳化硅)功率元器件的理解和活用事例