【導(dǎo)讀】上一篇文章中，簡單介紹了SiC MOSFET橋式結(jié)構(gòu)中柵極驅(qū)動電路的開關(guān)工作帶來的VDS和ID的變化所產(chǎn)生的電流和電壓情況。本文將詳細(xì)介紹SiC MOSFET在LS導(dǎo)通時的動作情況。
上一篇文章中，簡單介紹了SiC MOSFET橋式結(jié)構(gòu)中柵極驅(qū)動電路的開關(guān)工作帶來的VDS和ID的變化所產(chǎn)生的電流和電壓情況。本文將詳細(xì)介紹SiC MOSFET在LS導(dǎo)通時的動作情況。
SiC MOSFET低邊開關(guān)導(dǎo)通時的Gate-Source間電壓的動作
當(dāng)SiC MOSFET的LS導(dǎo)通時，首先ID會變化（下述波形示意圖T1）。此時LS的ID沿增加方向、HS的ID沿減少方向流動，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）的電動勢。公式（1）與上一篇文章中使用的公式相同。該電動勢引起的電流將源極側(cè)作為正極對CGS進(jìn)行充電，因此在LS會將VGS向下推，在HS會將VGS向負(fù)極側(cè)拉，使之產(chǎn)生負(fù)浪涌（波形示意圖VGS的T1）。
當(dāng)ID的變化結(jié)束時，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，并且VGS會分別引發(fā)下列公式（3）、（4）中的電壓上升。
VDS剛剛開始變化后，公式（3）的VGS上升為主，隨著時間的推移，公式（4）的VGS也開始上升。也就是說，MOSFET的CGD/CGS比、驅(qū)動電路的RG_EXT、柵極驅(qū)動信號圖形布線的電感值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，本來應(yīng)該處于OFF狀態(tài)的HS因VGS的提升而開始了導(dǎo)通工作。這種現(xiàn)象稱為“誤啟動”。當(dāng)HS發(fā)生誤啟動時，就會與LS的導(dǎo)通工作重疊，致使HS和LS的MOSFET同時導(dǎo)通，從而引發(fā)直通電流。
ICGD2會持續(xù)流動到LS的導(dǎo)通工作結(jié)束，并被積蓄在LTRACE中，但會在VSW變化結(jié)束的時間點消失，LTRACE產(chǎn)生電動勢。這就是事件(III)。受RG_EXT等開關(guān)條件影響，ICGD2可能會達(dá)到幾安培，并且該電動勢可能會增加。
受上述事件(I)、(II)、(III)的影響，LS導(dǎo)通后的Gate-Source電壓呈現(xiàn)出波形示意圖中所示的動作。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(jié)構(gòu)的LS導(dǎo)通時的雙脈沖測試結(jié)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(yīng)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，由于開關(guān)速度非常快，因此事件(III)在(a)中很突出；但由于RG_EXT為0Ω，因此幾乎沒有觀察到事件(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(jié)果可以清楚地看出，要想降低誘發(fā)LS導(dǎo)通時HS誤啟動的事件(II)-2的VGS升程，就需要減小HS關(guān)斷時的外置柵極電阻RG_EXT。然而，多數(shù)情況下，HS和LS的RG_EXT是相同的，因此，當(dāng)減小RG_EXT時，LS的dVDS/dt將增加，如公式（1）所示，HS的ICGD會增加。從公式（4）可以看出，結(jié)果會導(dǎo)致HS浪涌升高。
有一種對策方法是，使導(dǎo)通時和關(guān)斷時的RG_EXT分離，并且僅減小關(guān)斷時的RG_EXT。常規(guī)方法是使用二極管的方法，如右圖所示。使用這種方法，在導(dǎo)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(dǎo)通并成為RG_ON和RG_OFF的并聯(lián)電阻。因此，相對于導(dǎo)通時的電阻值，關(guān)斷時的電阻值變小。
另外，與最前面說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(cè)振蕩，是因為事件(I)的電流開始流動的瞬間LSOURCE引起的電動勢在通過CGS后立即被觀測到了。
（來源：Rohm）
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