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      SiC MOSFET的柵極驅動電路和Turn-on/Turn-off動作

      發布時間:2022-01-17 責任編輯:lina

      【導讀】LS(低邊)側SiC MOSFET Turn-on和Turn-off時的VDS和ID的變化方式不同。在探討SiC MOSFET的這種變化對Gate-Source電壓(VGS)帶來的影響時,需要在包括SiC MOSFET的柵極驅動電路的寄生分量在內的等效電路基礎上進行考量。


      本文將針對上一篇文章中介紹過的SiC MOSFET橋式結構的柵極驅動電路及其導通(Turn-on)/關斷( Turn-off)動作進行解說。


      SiC MOSFET橋式結構的柵極驅動電路


      LS(低邊)側SiC MOSFET Turn-on和Turn-off時的VDS和ID的變化方式不同。在探討SiC MOSFET的這種變化對Gate-Source電壓(VGS)帶來的影響時,需要在包括SiC MOSFET的柵極驅動電路的寄生分量在內的等效電路基礎上進行考量。


      右圖是最基本的柵極驅動電路和SiC MOSFET的等效電路。柵極驅動電路中包括柵極信號(VG)、SiC MOSFET內部的柵極線路內阻(RG_INT)、以及SiC MOSFET的封裝的源極電感量(LSOURCE)、柵極電路局部產生的電感量(LTRACE)和外加柵極電阻(RG_INT)。


      SiC MOSFET的柵極驅動電路和Turn-on/Turn-off動作


      關于各電壓和電流的極性,需要在等效電路圖中,以柵極電流(IG)和漏極電流(ID)所示的方向為正,以源極引腳為基準來定義VGS和VDS。


      SiC MOSFET內部的柵極線路中也存在電感量,但由于它比LTRACE小,因此在此忽略不計。


      導通(Turn-on)/關斷( Turn-off)動作


      為了理解橋式電路的Turn-on / Turn-off動作,下面對上一篇文章中提到的橋式電路中各SiC MOSFET的電壓和電流波形進行詳細說明。下面的波形圖與上次的波形圖是相同的。我們和前面的等效電路圖結合起來進行說明。


      當正的VG被施加給LS側柵極信號以使LS側ON時,Gate-Source間電容(CGS)開始充電,VGS上升,當達到SiC MOSFET的柵極閾值電壓(VGS(th))以上時, LS的ID開始流動,同時從源極流向漏極方向的HS側ID開始減少。這個時間范圍就是前一篇文章中定義的T1(見波形圖最下方)。


      SiC MOSFET的柵極驅動電路和Turn-on/Turn-off動作


      接下來,當HS側的ID變為零、寄生二極管 Turn-off時,與中間點的電壓(VSW)開始下降的同時,將對HS側的Drain-Source間電容(CDS)及Drain-Gate間電容(CGD)進行充電(波形圖T2)。對該HS側的CDS+CGD充電(LS側放電)完成后,當LS側的VGS達到指定的電壓值,LS側的 Turn-on動作完成。


      而Turn-off動作則在LS側VG OFF時開始,LS側的CGS蓄積的電荷開始放電,當達到SiC MOSFET的平臺電壓(進入米勒效應區)時,LS側的VDS開始上升,同時VSW上升。


      在這個時間點,大部分負載電流仍在LS側流動(波形圖T4),HS側的寄生二極管還沒有轉流電流。LS側的CDS+CGD充電(HS側為放電)完成時,VSW超過輸入電壓(E),HS側的寄生二極管Turn-on,LS側的ID開始轉向HS側流動(波形圖T5)。


      LS側的ID最終變為零,進入死區時間(波形圖T6),當正的VG被印加給HS側MOSFET的柵極信號時Turn-on,進入同步工作時間(波形圖T7)。


      在這一系列的開關工作中,HS側和LS側MOSFET的VDS和ID變化導致的各種柵極電流流動,造成了與施加信號VG不同的VGS變化。具體內容將在下一篇文章進行詳細說明。


      (來源:Rohm)


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