通過驅(qū)動器源極引腳改善開關(guān)損耗

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

TO-247N封裝產(chǎn)品

沒有驅(qū)動器源極引腳

TO-247-4L封裝產(chǎn)品

有驅(qū)動器源極引腳

時間范圍的定義

T3：LS導通期間

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導通之前的死區(qū)時間

T7：HS為導通期間（同步整流期間）

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，這一點與導通時的情況一致。當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導致的電流ICGD，并產(chǎn)生負浪涌。

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）向負端變化，并產(chǎn)生了dVF_HS/dt。

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)斷動作的詳細介紹，請參考Tech Web基礎知識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)果進行了比較。從圖中可以看出，與導通時一樣，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。

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。

如果希望了解更詳細的信息，請參考應用指南中的“柵極-源極電壓的浪涌抑制方法”或R課堂基礎知識SiC功率元器件“SiC MOSFET：柵極-源極電壓的浪涌抑制方法”（連載中）。

審核編輯：湯梓紅