為了比較沒(méi)有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的MOSFET和有驅(qū)動(dòng)源極引腳的MOSFET的實(shí)際開(kāi)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(cè)試,在測(cè)試中,使低邊(LS)的MOSFET執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
高邊(HS)MOSFET則通過(guò)RG_EXT連接?xùn)艠O引腳和源極引腳或驅(qū)動(dòng)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(shí)線是連接到源極引腳的示意圖,虛線是連接到驅(qū)動(dòng)器源極引腳的示意圖。
我們來(lái)分別比較導(dǎo)通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的漏-源電壓VDS和漏極電流ID的波形以及開(kāi)關(guān)損耗。測(cè)試中使用的是最大額定值(VDSS的波形以及開(kāi)關(guān)損耗。測(cè)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(hào):SCT3040KL)沒(méi)有驅(qū)動(dòng)器源極引腳,TO-247-4L(SCT3040KR)和TO-263-7L(SCT3040KW7)有驅(qū)動(dòng)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(dòng)條件下的波形。
與沒(méi)有驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)的ID上升速度更快。
通過(guò)比較,可以看出TO-247N封裝產(chǎn)品(淺藍(lán)色線)的開(kāi)關(guān)損耗為 2742μJ,而TO-247-4L封裝產(chǎn)品(紅色線)為1690μJ,開(kāi)關(guān)損耗減少約38%;TO-263-7L封裝產(chǎn)品(綠線)為 2083μJ,開(kāi)關(guān)損耗減少24%,減幅顯著。
通過(guò)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?yàn)?,盡管在MOSFET的開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中對(duì)COSS的充放電能量是恒定的,但由于驅(qū)動(dòng)器源極引腳可提高開(kāi)關(guān)速度,所以充放電時(shí)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(dòng)也會(huì)導(dǎo)致峰值電流增加,但這不是誤啟動(dòng)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(huì)介紹的關(guān)斷浪涌的差異成因一樣。
也就是說(shuō),由dID/dt產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)側(cè)(LS)和換流側(cè)MOSFET的總封裝電感引起的電動(dòng)勢(shì),會(huì)將開(kāi)關(guān)側(cè)MOSFET的VDS壓低,并使開(kāi)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(shí)的ID峰值也很小。
此外,導(dǎo)通時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗EON也是由于相同的原因,TO-247-4L封裝產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)側(cè)MOSFET的VDS被壓低,最終使開(kāi)關(guān)損耗EON降低。
但是,如果TO-247-4L和TO-263-7L沒(méi)有采取誤啟動(dòng)對(duì)策,發(fā)生誤啟動(dòng)時(shí)導(dǎo)通電流的峰值可能會(huì)進(jìn)一步增加,因此建議務(wù)必采取誤啟動(dòng)對(duì)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(lái)是關(guān)斷時(shí)的波形??梢钥闯?,TO-247N封裝產(chǎn)品(淺藍(lán)色實(shí)線)的開(kāi)關(guān)損耗為2093μJ,TO-247-4L封裝產(chǎn)品(紅色實(shí)線)為1462μJ,開(kāi)關(guān)損耗降低約30%,TO-263-7L封裝產(chǎn)品(綠色實(shí)線)為1488μJ,開(kāi)關(guān)損耗降低約29%,即使降幅沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)那么大,也已經(jīng)是很大的改善。
關(guān)斷時(shí)在VDS中觀測(cè)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(cè)試電路中的布線電感LMAIN與開(kāi)關(guān)側(cè)和換流側(cè)MOSFET的封裝電感(LDRAIN+LSOURCE)的合計(jì)值。
因此,對(duì)于封裝電感幾乎相同的TO-247-4L(紅色實(shí)線)和TO-247N(淺藍(lán)色實(shí)線)而言,浪涌會(huì)隨著dID/dt速度的升高而增加。在該測(cè)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(duì)策。
同為帶有驅(qū)動(dòng)器源極引腳的產(chǎn)品,TO-263-7L(綠色實(shí)線)的浪涌比TO-247-4L(紅色實(shí)線)小,是因?yàn)榉庋b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(gè)引腳中的5個(gè)引腳,因此封裝電感小于TO-247-4L。請(qǐng)注意,開(kāi)關(guān)側(cè)的浪涌會(huì)隨著換流側(cè)(而非開(kāi)關(guān)側(cè))封裝電感的減小而變小。
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