【導讀】上一篇文章中，簡(jiǎn)單介紹了SiC MOSFET橋式結構中柵極驅動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)工作帶來(lái)的VDS和ID的變化所產(chǎn)生的電流和電壓情況。本文將詳細介紹SiC MOSFET在LS導通時(shí)的動(dòng)作情況。
上一篇文章中，簡(jiǎn)單介紹了SiC MOSFET橋式結構中柵極驅動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)工作帶來(lái)的VDS和ID的變化所產(chǎn)生的電流和電壓情況。本文將詳細介紹SiC MOSFET在LS導通時(shí)的動(dòng)作情況。
SiC MOSFET低邊開(kāi)關(guān)導通時(shí)的Gate-Source間電壓的動(dòng)作
當SiC MOSFET的LS導通時(shí)，首先ID會(huì )變化（下述波形示意圖T1）。此時(shí)LS的ID沿增加方向、HS的ID沿減少方向流動(dòng)，受下述等效電路圖中所示的事件(I)影響，在圖中所示的極性產(chǎn)生公式（1）的電動(dòng)勢。公式（1）與上一篇文章中使用的公式相同。該電動(dòng)勢引起的電流將源極側作為正極對CGS進(jìn)行充電，因此在LS會(huì )將VGS向下推，在HS會(huì )將VGS向負極側拉，使之產(chǎn)生負浪涌（波形示意圖VGS的T1）。
當ID的變化結束時(shí)，LS的VDS的電位降低（波形示意圖T2）。所以，公式（2）中的電流就像等效電路圖中的(II)-1、(II)-2那樣流動(dòng)，并且VGS會(huì )分別引發(fā)下列公式（3）、（4）中的電壓上升。
VDS剛剛開(kāi)始變化后，公式（3）的VGS上升為主，隨著(zhù)時(shí)間的推移，公式（4）的VGS也開(kāi)始上升。也就是說(shuō)，MOSFET的CGD/CGS比、驅動(dòng)電路的RG_EXT、柵極驅動(dòng)信號圖形布線(xiàn)的電感值LTRACE具有很大影響。
如等效電路圖所示，HS中的(II)-2的電流ICGD2處于VGS提升方向。因此，本來(lái)應該處于OFF狀態(tài)的HS因VGS的提升而開(kāi)始了導通工作。這種現象稱(chēng)為“誤啟動(dòng)”。當HS發(fā)生誤啟動(dòng)時(shí)，就會(huì )與LS的導通工作重疊，致使HS和LS的MOSFET同時(shí)導通，從而引發(fā)直通電流。
ICGD2會(huì )持續流動(dòng)到LS的導通工作結束，并被積蓄在LTRACE中，但會(huì )在VSW變化結束的時(shí)間點(diǎn)消失，LTRACE產(chǎn)生電動(dòng)勢。這就是事件(III)。受RG_EXT等開(kāi)關(guān)條件影響，ICGD2可能會(huì )達到幾安培，并且該電動(dòng)勢可能會(huì )增加。
受上述事件(I)、(II)、(III)的影響，LS導通后的Gate-Source電壓呈現出波形示意圖中所示的動(dòng)作。波形示意圖和等效電路圖的相同編號表示同一事件。另外，圖中VGS的虛線(xiàn)波形表示理想的波形。
外置柵極電阻的影響
下面是SiC MOSFET橋式結構的LS導通時(shí)的雙脈沖測試結果。（a）波形圖的外置柵極電阻RG_EXT為0Ω，（b）為10Ω。圖中的(I)、(II)、(III)同前面相應編號的事件。
比較(a)和(b)的波形可以看出，RG_EXT越小，由事件(I)引起的VGS下降就越大。此外，由于開(kāi)關(guān)速度非?？?，因此事件(III)在(a)中很突出；但由于RG_EXT為0Ω，因此幾乎沒(méi)有觀(guān)察到事件(II)的波形。另一方面，在(b)中，事件(II)-2和RG_EXT引起的VGS升程明顯。
從該結果可以清楚地看出，要想降低誘發(fā)LS導通時(shí)HS誤啟動(dòng)的事件(II)-2的VGS升程，就需要減小HS關(guān)斷時(shí)的外置柵極電阻RG_EXT。然而，多數情況下，HS和LS的RG_EXT是相同的，因此，當減小RG_EXT時(shí)，LS的dVDS/dt將增加，如公式（1）所示，HS的ICGD會(huì )增加。從公式（4）可以看出，結果會(huì )導致HS浪涌升高。
有一種對策方法是，使導通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的RG_EXT分離，并且僅減小關(guān)斷時(shí)的RG_EXT。常規方法是使用二極管的方法，如右圖所示。使用這種方法，在導通狀態(tài)下工作的電阻只有RG_ON，而在關(guān)斷狀態(tài)下，二極管導通并成為RG_ON和RG_OFF的并聯(lián)電阻。因此，相對于導通時(shí)的電阻值，關(guān)斷時(shí)的電阻值變小。
另外，與最前面說(shuō)明中使用的波形示意圖不同，HS的VGS波形之所以在緊靠事件(I)之前的位置向正極側振蕩，是因為事件(I)的電流開(kāi)始流動(dòng)的瞬間LSOURCE引起的電動(dòng)勢在通過(guò)CGS后立即被觀(guān)測到了。
（來(lái)源：Rohm）
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請電話(huà)或者郵箱editor@52solution.com聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
推薦閱讀：
橋式電路的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電流和電壓
安森美智能感知技術(shù)和方案助力工業(yè)自動(dòng)化創(chuàng )新
SiC MOSFET的柵極驅動(dòng)電路和Turn-on/Turn-off動(dòng)作
