SiC MOSFET：柵極-源極電壓的浪涌抑制方法

MOSFET和IGBT等功率半導(dǎo)體作為開關(guān)元件已被廣泛應(yīng)用于各種電源應(yīng)用和電力線路中。其中，SiC MOSFET在近年來的應(yīng)用速度與日俱增，它的工作速度非常快，以至于開關(guān)時的電壓和電流的變化已經(jīng)無法忽略SiC MOSFET本身的封裝電感和外圍電路的布線電感的影響。特別是柵極-源極間電壓，當(dāng)SiC MOSFET本身的電壓和電流發(fā)生變化時，可能會發(fā)生意想不到的正浪涌或負(fù)浪涌，需要對此采取對策。在本文中，我們將對相應(yīng)的對策進行探討。關(guān)于柵極－源極間電壓產(chǎn)生的浪涌，在之前發(fā)布的Tech Web基礎(chǔ)知識 SiC功率元器件 應(yīng)用篇的“SiC MOSFET：橋式結(jié)構(gòu)中柵極－源極間電壓的動作”中已進行了詳細(xì)說明。

什么是柵極－源極電壓產(chǎn)生的浪涌？

右側(cè)的電路圖是在橋式結(jié)構(gòu)中使用SiC MOSFET時最簡單的同步升壓（Boost）電路。在該電路中，高邊（以下稱“HS”）SiC MOSFET與低邊（以下稱“LS”）SiC MOSFET的開關(guān)同步進行開關(guān)。當(dāng)LS導(dǎo)通時，HS關(guān)斷，而當(dāng)LS關(guān)斷時，HS導(dǎo)通，這樣交替導(dǎo)通和關(guān)斷。

由于這種開關(guān)工作，受開關(guān)側(cè)LS電壓和電流變化的影響，不僅在開關(guān)側(cè)的LS產(chǎn)生浪涌，還會在同步側(cè)的HS產(chǎn)生浪涌。

下面的波形圖表示該電路中LS導(dǎo)通時和關(guān)斷時的漏極－源極電壓（VDS）和漏極電流（ID）的波形，以及柵極－源極電壓（VGS）的動作。橫軸表示時間，時間范圍Tk（k=1～8）的定義如下：

T1： LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電流變化期間

T2： LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電壓變化期間

T3： LS導(dǎo)通期間

T4： LS關(guān)斷、SiC MOSFET電壓變化期間

T5： LS關(guān)斷、SiC MOSFET電流變化期間

T4～T6： HS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間

T7： HS導(dǎo)通期間（同步整流期間）

T8： HS關(guān)斷、LS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間

在柵極－源極電壓VGS中，發(fā)生箭頭所指的事件（I）～（IV）。每條虛線是沒有浪涌的原始波形。這些事件是由以下因素引起的：

事件（I）、（VI） → 漏極電流的變化（dID/dt）

事件（II）、（IV） →漏極－源極電壓的變化（dVDS/dt）

事件（III）、（V） →漏極－源極電壓的變化結(jié)束

在這里探討的“柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌”就是指在這些事件中尤其影響工作的LS導(dǎo)通時HS發(fā)生的事件（II）以及 LS關(guān)斷時HS發(fā)生的事件（IV）。

關(guān)鍵要點：

?近年來，SiC MOSFET被越來越多地用于電源和電力線路中的開關(guān)應(yīng)用，SiC MOSFET工作速度非?？?，快到已經(jīng)無法忽略由于SiC MOSFET其自身封裝電感和外圍電路布線電感帶來的影響。

?因此，特別是SiC MOSFET，可能會在柵極-源極間電壓中產(chǎn)生意外的浪涌，需要對此采取對策。

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