驅(qū)動器源極引腳的效果:雙脈沖測試比較-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2022-06-28
為了比較沒有驅(qū)動器源極引腳的MOSFET和有驅(qū)動源極引腳的MOSFET的實際開關(guān)工作情況,我們按照右圖所示的電路圖進(jìn)行了雙脈沖測試,在測試中,使低邊(LS)的MOSFET執(zhí)行開關(guān)動作。
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,實線是連接到源極引腳的示意圖,虛線是連接到驅(qū)動器源極引腳的示意圖。
我們來分別比較導(dǎo)通時和關(guān)斷時的漏-源電壓VDS和漏極電流ID的波形以及開關(guān)損耗。測試中使用的是最大額定值(VDSS的波形以及開關(guān)損耗。測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:SCT3040KL)沒有驅(qū)動器源極引腳,TO-247-4L(SCT3040KR)和TO-263-7L(SCT3040KW7)有驅(qū)動器源極引腳。這是在RG_EXT為10Ω、施加電壓VHVDC為800V、ID為50A左右的驅(qū)動條件下的波形。
與沒有驅(qū)動器源極引腳的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。這是因為,盡管在MOSFET的開關(guān)工作過程中對COSS的充放電能量是恒定的,但由于驅(qū)動器源極引腳可提高開關(guān)速度,所以充放電時間縮短,最終導(dǎo)致充電電流的峰值變大。雖然HS側(cè)MOSFET的誤啟動也會導(dǎo)致峰值電流增加,但這不是誤啟動造成的。
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勢,會將開關(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)通時的ID峰值也很小。
此外,導(dǎo)通時的開關(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沒有采取誤啟動對策,發(fā)生誤啟動時導(dǎo)通電流的峰值可能會進(jìn)一步增加,因此建議務(wù)必采取誤啟動對策,比如在米勒鉗位電路或柵極-源極之間連接幾nF的電容。
接下來是關(guān)斷時的波形??梢钥闯?,TO-247N封裝產(chǎn)品(淺藍(lán)色實線)的開關(guān)損耗為2093μJ,TO-247-4L封裝產(chǎn)品(紅色實線)為1462μJ,開關(guān)損耗降低約30%,TO-263-7L封裝產(chǎn)品(綠色實線)為1488μJ,開關(guān)損耗降低約29%,即使降幅沒有導(dǎo)通時那么大,也已經(jīng)是很大的改善。
關(guān)斷時在VDS中觀測到的關(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)的合計值。
因此,對于封裝電感幾乎相同的TO-247-4L(紅色實線)和TO-247N(淺藍(lán)色實線)而言,浪涌會隨著dID/dt速度的升高而增加。在該測試中,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策。
同為帶有驅(qū)動器源極引腳的產(chǎn)品,TO-263-7L(綠色實線)的浪涌比TO-247-4L(紅色實線)小,是因為封裝結(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個引腳中的5個引腳,因此封裝電感小于TO-247-4L。請注意,開關(guān)側(cè)的浪涌會隨著換流側(cè)(而非開關(guān)側(cè))封裝電感的減小而變小。
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