有無驅(qū)動(dòng)器源極引腳的差異和效果

本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

?具備驅(qū)動(dòng)器源極引腳，可以大大降低導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗。

?如果ID導(dǎo)通峰值或VDS關(guān)斷浪涌因開關(guān)速度提升而增加，就需要采取對(duì)策。

在上一篇文章中，我們通過工作原理和公式了解了有無驅(qū)動(dòng)器源極引腳的差異和效果。有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的MOSFET可以消除源極引腳的電感帶來的影響，從而可降低開關(guān)損耗。在本文中，我們將通過雙脈沖測(cè)試來確認(rèn)驅(qū)動(dòng)器源極引腳的效果。

驅(qū)動(dòng)器源極引腳的效果：雙脈沖測(cè)試比較

為了比較沒有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的MOSFET和有驅(qū)動(dòng)源極引腳的MOSFET的實(shí)際開關(guān)工作情況，我們按照右圖所示的電路圖進(jìn)行了雙脈沖測(cè)試，在測(cè)試中，使低邊（LS）的MOSFET執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。

高邊（HS）MOSFET則通過RG_EXT連接?xùn)艠O引腳和源極引腳或驅(qū)動(dòng)器源極引腳，并且僅用于體二極管的換流工作。在電路圖中，實(shí)線是連接到源極引腳的示意圖，虛線是連接到驅(qū)動(dòng)器源極引腳的示意圖。

我們來分別比較導(dǎo)通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的漏-源電壓VDS和漏極電流ID的波形以及開關(guān)損耗。測(cè)試中使用的是最大額定值（VDSS的波形以及開關(guān)損耗。測(cè)試中使用的是最大額定值（RDS(on)）為 40mΩ的SiC MOSFET。TO-247N封裝的產(chǎn)品（型號(hào)：SCT3040KL）沒有驅(qū)動(dòng)器源極引腳，TO-247-4L（SCT3040KR）和TO-263-7L（SCT3040KW7）有驅(qū)動(dòng)器源極引腳。這是在RG_EXT為10Ω、施加電壓VHVDC為800V、ID為50A左右的驅(qū)動(dòng)條件下的波形。

與沒有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的TO-247N封裝產(chǎn)品（淺藍(lán)色虛線）相比，有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的TO-247-4L封裝產(chǎn)品（紅色虛線）和TO-263-7L封裝產(chǎn)品（綠色虛線）導(dǎo)通時(shí)的ID上升速度更快。通過比較，可以看出TO-247N封裝產(chǎn)品（淺藍(lán)色線）的開關(guān)損耗為 2742μJ，而TO-247-4L封裝產(chǎn)品（紅色線）為1690μJ，開關(guān)損耗減少約38%；TO-263-7L封裝產(chǎn)品（綠線）為 2083μJ，開關(guān)損耗減少24%，減幅顯著。

通過導(dǎo)通波形可以確認(rèn)，TO-247-4L的ID峰值達(dá)到了80A，比TO-247N大23A。這是因?yàn)?，盡管在MOSFET的開關(guān)工作過程中對(duì)COSS的充放電能量是恒定的，但由于驅(qū)動(dòng)器源極引腳可提高開關(guān)速度，所以充放電時(shí)間縮短，最終導(dǎo)致充電電流的峰值變大。雖然HS側(cè)MOSFET的誤啟動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致峰值電流增加，但這不是誤啟動(dòng)造成的。

TO-263-7L的ID峰值為60A，不如TO-247-4L的大。這是由于換流側(cè)MOSFET（HS）的封裝電感不同造成的，與后續(xù)會(huì)介紹的關(guān)斷浪涌的差異成因一樣。也就是說，由dID/dt產(chǎn)生的開關(guān)側(cè)（LS）和換流側(cè)MOSFET的總封裝電感引起的電動(dòng)勢(shì)，會(huì)將開關(guān)側(cè)MOSFET的VDS壓低，并使開關(guān)側(cè)MOSFET的COSS中積蓄的能量被釋放，但TO-263-7L的放電電流很小，導(dǎo)通時(shí)的ID峰值也很小。

此外，導(dǎo)通時(shí)的開關(guān)損耗EON也是由于相同的原因，TO-247-4L封裝產(chǎn)品的開關(guān)側(cè)MOSFET的VDS被壓低，最終使開關(guān)損耗EON降低。

但是，如果TO-247-4L和TO-263-7L沒有采取誤啟動(dòng)對(duì)策，發(fā)生誤啟動(dòng)時(shí)導(dǎo)通電流的峰值可能會(huì)進(jìn)一步增加，因此建議務(wù)必采取誤啟動(dòng)對(duì)策，比如在米勒鉗位電路或柵極-源極之間連接幾nF的電容。如果希望進(jìn)一步了解詳細(xì)信息，請(qǐng)參考應(yīng)用指南中的“SiC-MOSFET 柵極-源極電壓的浪涌抑制方法”。

接下來是關(guān)斷時(shí)的波形?？梢钥闯?，TO-247N封裝產(chǎn)品（淺藍(lán)色實(shí)線）的開關(guān)損耗為2093μJ，TO-247-4L封裝產(chǎn)品（紅色實(shí)線）為1462μJ，開關(guān)損耗降低約30%，TO-263-7L封裝產(chǎn)品（綠色實(shí)線）為1488μJ，開關(guān)損耗降低約29%，即使降幅沒有導(dǎo)通時(shí)那么大，也已經(jīng)是很大的改善。

關(guān)斷時(shí)在VDS中觀測(cè)到的關(guān)斷浪涌的主要起因是主電路的總寄生電感。它是前面給出的雙脈沖測(cè)試電路中的布線電感LMAIN與開關(guān)側(cè)和換流側(cè)MOSFET的封裝電感（LDRAIN+LSOURCE）的合計(jì)值。因此，對(duì)于封裝電感幾乎相同的TO-247-4L（紅色實(shí)線）和TO-247N（淺藍(lán)色實(shí)線）而言，浪涌會(huì)隨著dID/dt速度的升高而增加。在該測(cè)試中，TO-247-4L為1009V，比TO-247N的890V大119V，因此可能需要采取緩沖電路等浪涌對(duì)策。

同為帶有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的產(chǎn)品，TO-263-7L（綠色實(shí)線）的浪涌比TO-247-4L（紅色實(shí)線）小，是因?yàn)榉庋b結(jié)構(gòu)不同。TO-263-7L的漏極被分配到封裝背面的散熱片，并被直接焊接在PCB上。另外，由于源極引腳被分配給7個(gè)引腳中的5個(gè)引腳，因此封裝電感小于TO-247-4L。請(qǐng)注意，開關(guān)側(cè)的浪涌會(huì)隨著換流側(cè)（而非開關(guān)側(cè)）封裝電感的減小而變小。

關(guān)于開關(guān)損耗的比較信息匯總?cè)缦拢?/p>

條件：VDS=800V、ID=50A、RG_EXT＝10Ω

原文標(biāo)題：R課堂 | 驅(qū)動(dòng)器源極引腳的效果：雙脈沖測(cè)試比較

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審核編輯：湯梓紅