SiC MOSFET：栅极-源极电压的浪涌抑制方法-正电压浪涌对策

本文的关键要点

・通过采取措施防止栅极－源极间电压的正电压浪涌，来防止LS导通时的HS误导通。

・具体方法取决于各电路中所示附加上的对策电路。

・如果栅极驱动IC没有驱动米勒钳位用MOSFET的控制功能，则很难通过米勒钳位进行抑制。

・作为米勒钳位的替代方案，可以通过增加误导通抑制电容器来处理。

在上一篇文章中，给出了一个针对栅极-源极电压中产生的浪涌的抑制电路示例。本文将会通过示例来探讨正电压浪涌的对策和其效果。

关于SiC功率元器件中栅极－源极间电压产生的浪涌，在之前发布的Tech Web基础知识 SiC功率元器件 应用篇的“SiC MOSFET：桥式结构中栅极－源极间电压的动作”中已进行了详细说明。

正电压浪涌对策

右图显示了同步升压电路中LS导通时栅极－源极电压的行为，该图在之前的文章中也使用过。要想抑制事件（II），即HS（非开关侧）的V_GS的正浪涌，正如在上一篇文章的表格中所总结的，采用浪涌抑制电路的米勒钳位用MOSFET Q2、或误导通抑制电容器C1是很有效的方法（参见下面的验证电路）。

 

 

为了验证抑制电路的效果，将抑制电路单独安装在SiC MOSFET（SCT3040KR）的驱动电路上并观察了其波形。下面是所用SiC MOSFET的外观和主要规格，仅供参考。

以下电路为用来验证的抑制电路，共四种：（a）无抑制电路，（b）仅有米勒钳位用的MOSFET（Q2），（c）仅有钳位用的肖特基势垒二极管D2、D3、C2，（d）仅有误导通抑制电容器C1。通过“双脉冲测试”确认了_GS的浪涌电压。

下面是使用了各验证电路的双脉冲测试的波形。这是导通时的波形，从上到下依次显示了开关侧栅极－源极电压（V_{GS_HS}）、非开关侧栅极－源极电压（V_{GS_LS}）、漏极－源极电压（V_DS）、和漏极电流（I_D）。同时，给出了前述的抑制电路（a）、（b）、（c）的波形，并将上一篇文章中的正电压抑制电路（b）的波形作为“（e）”一并列出。（e）的电路是配备了前述（b）～（d）所有抑制电路的电路。

从上面的波形图中可以明显看出，在没有对策电路的（a）和只有钳位SBD的（c）中，可以看到结果是未能抑制正浪涌电压，V_{GS_LS}波形隆起，并显著超过了栅极导通阈值，I_D也比其他电路大。也就是说，非开关侧的MOSFET（在本例中为LS）发生了误导通。

要想防止这种误动作，配备有米勒钳位电路的对策电路 （b） 是必不可少的措施。而实际安装米勒钳位电路时，需要能够驱动米勒钳位用MOSFET的控制信号。该信号需要在监控V_GS电压的同时控制驱动时序，一般情况下，很多驱动IC都具有该功能，但如果使用不具有该控制功能的驱动IC，则很难实现这种对策电路。

在这种情况下，如验证电路（d）所示，可以在MOSFET的栅极－源极间连接误导通抑制电容器C1，作为浪涌对策电路。连接了误导通抑制电容器C1时的导通波形如下图所示。波形（a）是没有C1的波形，波形（b）、（c）和（d）是有C1、C1分别为2.2nF、3.3nF和4.7nF时的波形。从图中可以看出，与没有C1的（a）相比，在具有C1的（b）、（c）和（d）中，V_{GS_LS}的波形隆起更小，I_D的导通浪涌也更小。

但是，从I_D的波形中也可以看出，当连接了误导通抑制电容器C1时，导通动作会根据其电容量而减慢，从而会导致开关损耗增加。因此，C1的容值应该选用所需要尽量小的值。在此次的评估中，波形（b）所示的2.2nF可以说是正合适的。

在下一篇文章中，计划介绍应对负电压浪涌的对策。

　　审核编辑：汤梓红