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橋式結(jié)構(gòu)中的柵極-源極間電壓的行為:關(guān)斷時

發(fā)布時間:2022-12-12 來源:ROHM 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】具有驅(qū)動器源極引腳的SiC MOSFET,與不具有驅(qū)動器源極引腳的SiC MOSFET產(chǎn)品相比,在橋式結(jié)構(gòu)情況下的柵-源電壓的行為不同。在上一篇文章中,我們介紹了LS(低邊)SiC MOSFET導(dǎo)通時的行為。本文將介紹低邊SiC MOSFET關(guān)斷時的行為。


本文的關(guān)鍵要點


1 具有驅(qū)動器源極引腳的TO-247-4L和TO-263-7L封裝SiC MOSFET,與不具有驅(qū)動器源極引腳的TO-247N封裝產(chǎn)品相比,SiC MOSFET的柵-源電壓的行為不同。


2 要想正確實施SiC MOSFET的柵-源電壓的浪涌對策,需要逐一了解電壓的行為。


具有驅(qū)動器源極引腳的SiC MOSFET,與不具有驅(qū)動器源極引腳的SiC MOSFET產(chǎn)品相比,在橋式結(jié)構(gòu)情況下的柵-源電壓的行為不同。在上一篇文章中,我們介紹了LS(低邊)SiC MOSFET導(dǎo)通時的行為。本文將介紹低邊SiC MOSFET關(guān)斷時的行為。


橋式結(jié)構(gòu)中的柵極-源極間電壓的行為:關(guān)斷時


關(guān)于橋式結(jié)構(gòu)中具有驅(qū)動器源極引腳的低邊SiC MOSFET關(guān)斷時的行為,將與上一篇文章一樣,重點介紹與沒有驅(qū)動器源極引腳的TO-247N封裝產(chǎn)品之間的區(qū)別。


下圖為關(guān)斷時的各開關(guān)波形,左側(cè)為不帶驅(qū)動器源極引腳的TO-247N封裝產(chǎn)品,右側(cè)為帶驅(qū)動器源極引腳的TO-247-4L封裝產(chǎn)品。各橫軸表示時間,時間范圍Tk(k=3~7)的定義在波形圖下方有述。右下方的電路圖中給出了TO-247-4L封裝產(chǎn)品在橋式電路中的柵極引腳電流情況。在波形圖和電路圖中,用(IV)~(VII)來表示每個時間范圍中發(fā)生的事件。事件(VII)在T5期間結(jié)束后立即發(fā)生。


在橋式結(jié)構(gòu)中低邊SiC MOSFET關(guān)斷時的各開關(guān)波形


19.jpg


時間范圍的定義


T3:LS導(dǎo)通期間


T4:LS關(guān)斷、MOSFET電壓變化期間【事件(IV)同時發(fā)生】


T5:LS關(guān)斷、MOSFET電流變化期間【事件(VI)同時發(fā)生】


T4~T6:HS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間


T7:HS為導(dǎo)通期間(同步整流期間)


20.png

TO-247-4L:LS關(guān)斷時的柵極引腳電流


在波形圖比較中,TO-247-4L的事件(VI)和(VII)與TO-247N的事件不同。


事件(VI)是ID發(fā)生變化的時間點,這一點與導(dǎo)通時的情況一致。當(dāng)HS的ID_HS急劇增加時,體二極管的VF_HS急劇上升(前面波形圖中的虛線圓圈)。因此,會再次流過dVF_HS/dt導(dǎo)致的電流ICGD,并產(chǎn)生負(fù)浪涌。


右圖為關(guān)斷時開關(guān)側(cè)(LS)和換流側(cè)(HS)的VDS波形。通過波形可以看出,與導(dǎo)通時的情況一樣,HS的VDS_HS是在本來的dVDS_HS/dt(T4期間)結(jié)束后的ID變化時(T5期間)向負(fù)端變化,并產(chǎn)生了dVF_HS/dt。


21.png

TO-247-4和TO-247-4L關(guān)斷時的VDS波形比較


事件(VII)是在T5期間結(jié)束、ID_HS的變化消失時,dVF_HS/dt消失,要流入柵極引腳的ICGD不再流動,ICGD的電流路徑中存在的布線電感中積蓄的能量引起的電動勢,作為柵極和源極之間的正浪涌被觀測到。而在TO-247N封裝的產(chǎn)品中,這種正浪涌幾乎觀測不到。


關(guān)于TO-247N封裝產(chǎn)品關(guān)斷動作的詳細(xì)介紹,請參考Tech Web基礎(chǔ)知識SiC功率元器件系列中的文章“低邊開關(guān)關(guān)斷時的Gate-Source間電壓的動作”或應(yīng)用指南的“關(guān)斷時柵極信號的動作”。


右圖是TO-247-4L封裝產(chǎn)品關(guān)斷時的VGS波形。該波形圖對是否采取了浪涌對策的結(jié)果進(jìn)行了比較。從圖中可以看出,與導(dǎo)通時一樣,在沒有采取浪涌對策(Non-Protected)的情況下,發(fā)生了前述的浪涌。而實施了浪涌對策(Protected)后,很好地抑制了VGS浪涌。


22.png

TO-247-4L關(guān)斷時的VGS波形(有無對策)


為了抑制這些浪涌,必須了解上一篇文章和本文中介紹過的柵-源電壓的行為,并緊挨SiC MOSFET連接浪涌抑制電路作為對策。


來源:ROHM



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