SiC MOSFET：柵極-源極電壓的浪涌抑制方法

MOSFET和IGBT等功率半導體作為開關元件已被廣泛應用于各種電源應用和電力線路中。其中，SiC MOSFET在近年來的應用速度與日俱增，它的工作速度非常快，以至于開關時的電壓和電流的變化已經無法忽略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SiC MOSFET本身的電壓和電流發生變化時，可能會發生意想不到的正浪涌或負浪涌，需要對此采取對策。在本文中，我們將對相應的對策進行探討。關于柵極－源極間電壓產生的浪涌，在之前發布的Tech Web基礎知識 SiC功率元器件 應用篇的“SiC MOSFET：橋式結構中柵極－源極間電壓的動作”中已進行了詳細說明。

什么是柵極－源極電壓產生的浪涌？

右側的電路圖是在橋式結構中使用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的開關同步進行開關。當LS導通時，HS關斷，而當LS關斷時，HS導通，這樣交替導通和關斷。

由于這種開關工作，受開關側LS電壓和電流變化的影響，不僅在開關側的LS產生浪涌，還會在同步側的HS產生浪涌。

下面的波形圖表示該電路中LS導通時和關斷時的漏極－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導通、SiC MOSFET電流變化期間

T2： LS導通、SiC MOSFET電壓變化期間

T3： LS導通期間

T4： LS關斷、SiC MOSFET電壓變化期間

T5： LS關斷、SiC MOSFET電流變化期間

T4～T6： HS導通之前的死區時間

T7： HS導通期間（同步整流期間）

T8： HS關斷、LS導通之前的死區時間

在柵極－源極電壓VGS中，發生箭頭所指的事件（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－源極電壓的變化結束

在這里探討的“柵極-源極電壓產生的浪涌”就是指在這些事件中尤其影響工作的LS導通時HS發生的事件（II）以及 LS關斷時HS發生的事件（IV）。

關鍵要點：

?近年來，SiC MOSFET被越來越多地用于電源和電力線路中的開關應用，SiC MOSFET工作速度非常快，快到已經無法忽略由于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-源極間電壓中產生意外的浪涌，需要對此采取對策。

責任編輯：tzh