一文詳解正電壓浪涌的對策和效果

本文的關(guān)鍵要點

通過采取措施防止柵極－源極間電壓的正電壓浪涌，來防止LS導(dǎo)通時的HS誤導(dǎo)通。

具體方法取決于各電路中所示附加上的對策電路。

如果柵極驅(qū)動IC沒有驅(qū)動米勒鉗位用MOSFET的控制功能，則很難通過米勒鉗位進行抑制。

作為米勒鉗位的替代方案，可以通過增加誤導(dǎo)通抑制電容器來處理。本文將會通過示例來探討正電壓浪涌的對策和其效果。

關(guān)于SiC功率元器件中柵極－源極間電壓產(chǎn)生的浪涌，在之前發(fā)布的TechWeb基礎(chǔ)知識SiC功率元器件應(yīng)用篇的“SiCMOSFET：橋式結(jié)構(gòu)中柵極－源極間電壓的動作”中已進行了詳細說明。

正電壓浪涌對策

右圖顯示了同步升壓電路中LS導(dǎo)通時柵極－源極電壓的行為，該圖在之前的文章中也使用過。要想抑制事件（II），即HS（非開關(guān)側(cè)）的VGS的正浪涌，正如在上一篇文章的表格中所總結(jié)的，采用浪涌抑制電路的米勒鉗位用MOSFETQ2、或誤導(dǎo)通抑制電容器C1是很有效的方法（參見下面的驗證電路）。

為了驗證抑制電路的效果，將抑制電路單獨安裝在SiCMOSFET（SCT3040KR）的驅(qū)動電路上并觀察了其波形。下面是所用SiCMOSFET的外觀和主要規(guī)格，僅供參考。

以下電路為用來驗證的抑制電路，共四種：（a）無抑制電路，（b）僅有米勒鉗位用的MOSFET（Q2），（c）僅有鉗位用的肖特基勢壘二極管D2、D3、C2，（d）僅有誤導(dǎo)通抑制電容器C1。通過“雙脈沖測試”確認了GS的浪涌電壓。

下面是使用了各驗證電路的雙脈沖測試的波形。這是導(dǎo)通時的波形，從上到下依次顯示了開關(guān)側(cè)柵極－源極電壓（VGS_HS）、非開關(guān)側(cè)柵極－源極電壓（VGS_LS）、漏極－源極電壓（VDS）、和漏極電流（ID）。同時，給出了前述的抑制電路（a）、（b）、（c）的波形，并將上一篇文章中的正電壓抑制電路（b）的波形作為“（e）”一并列出。（e）的電路是配備了前述（b）～（d）所有抑制電路的電路。

從上面的波形圖中可以明顯看出，在沒有對策電路的（a）和只有鉗位SBD的（c）中，可以看到結(jié)果是未能抑制正浪涌電壓，VGS_LS波形隆起，并顯著超過了柵極導(dǎo)通閾值，ID也比其他電路大。也就是說，非開關(guān)側(cè)的MOSFET（在本例中為LS）發(fā)生了誤導(dǎo)通。

要想防止這種誤動作，配備有米勒鉗位電路的對策電路（b）是必不可少的措施。而實際安裝米勒鉗位電路時，需要能夠驅(qū)動米勒鉗位用MOSFET的控制信號。該信號需要在監(jiān)控VGS電壓的同時控制驅(qū)動時序，一般情況下，很多驅(qū)動IC都具有該功能，但如果使用不具有該控制功能的驅(qū)動IC，則很難實現(xiàn)這種對策電路。

在這種情況下，如驗證電路（d）所示，可以在MOSFET的柵極－源極間連接誤導(dǎo)通抑制電容器C1，作為浪涌對策電路。連接了誤導(dǎo)通抑制電容器C1時的導(dǎo)通波形如下圖所示。波形（a）是沒有C1的波形，波形（b）、（c）和（d）是有C1、C1分別為2.2nF、3.3nF和4.7nF時的波形。從圖中可以看出，與沒有C1的（a）相比，在具有C1的（b）、（c）和（d）中，VGS_LS的波形隆起更小，ID的導(dǎo)通浪涌也更小。

但是，從ID的波形中也可以看出，當連接了誤導(dǎo)通抑制電容器C1時，導(dǎo)通動作會根據(jù)其電容量而減慢，從而會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。因此，C1的容值應(yīng)該選用所需要盡量小的值。在此次的評估中，波形（b）所示的2.2nF可以說是正合適的。