SiC MOSFET尖峰產(chǎn)生原因及抑制-KIA MOS管

SiC MOSFET DS電壓尖峰產(chǎn)生原因

在半橋電路中，針對MOS漏極和源極產(chǎn)生的尖峰抑制方法之一就是增加緩沖電路，其設(shè)計方法說明了漏極源極之間的電壓尖峰是由于在Turn ON 時流過的電流的能量儲存在線路和基板布線的寄生電感中，并與開關(guān)元件的寄生電容共振所產(chǎn)生的。

SiC MOSFET 尖峰

圖 1 圖示尖峰產(chǎn)生時的振鈴電流路線

圖1由HS (High side) 和LS (Low side) 的開關(guān)元件組成的半橋結(jié)構(gòu)。

當(dāng)LS 元件Turn ON時，開關(guān)電流IMAIN流動的情況。這個IMAIN通常從Vs流入再通過配線電感LTRACE。

當(dāng)LS 元件Turn OFF 時，在LTRACE 流動的IMAIN 通常會通過接在輸入電源HVdc-PGND 之間的Bulk 電容CDC，經(jīng)由HS 元件和LS 元件的寄生電容如圖中虛線所示流動。

此時，在LS 側(cè)漏極源極之間LTRACE和MOSFET 的寄生電容COSS（CDS+CDG）之間發(fā)生諧振現(xiàn)象，在漏極源極之間產(chǎn)生尖峰。

SiC MOSFET 尖峰

VDS_SURGE：尖峰的最大值

VHVDC：HVdc 端的電壓

ROFF：MOSFET Turn OFF 時的電阻

如圖2 HVdc 電壓為800V 時，VDS_SURGE為961V，振鈴頻率約為33MHz。使用方程式（1）根據(jù)該波形計算出LTRACE 約110nH。

SiC MOSFET 尖峰

圖2 Turn OFF 電壓尖峰波形

下面在電路中添加圖3所示的緩沖電路CSNB，這個時候電壓尖峰降低了50V 以上（約901V），振鈴頻率也變大為44.6MHz，由圖4可知，包含CSNB 在內(nèi)的電路網(wǎng)中的LTRACE 變小了。

同樣，使用式（1）可算出LTRACE 約為71nH。

SiC MOSFET 尖峰

圖3 CSNB緩沖電路

SiC MOSFET 尖峰

圖4 CSNB緩沖電路減小Turn OFF 尖峰電壓

一般需要線路布局設(shè)計為配線電感最小化，但通常優(yōu)先考慮的是元件的散熱設(shè)計，因此布線設(shè)計不一定理想。因此通過盡可能在開關(guān)裝置附近布置緩沖電路，以形成旁路電路，將電壓尖峰產(chǎn)生的源頭——布線電感最小化，還可以吸收積蓄在布線電感中的能量。這樣就可以將開關(guān)元件的電壓鉗位住，縮小Turn OFF 電壓尖峰。

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