電源設計技術資訊網站

電源設計支援工具   English   简体中文   日本語   한국어

SiC功率元件

全SiC功率模組

運用要點:閘極驅動 其2

上一篇文章對全SiC模組閘極驅動的評估事項之一“閘極誤導通”進行了介紹。本文將作為“其2”介紹閘極誤導通的處理方法。

“閘極誤導通”的抑制方法

閘極誤導通的對策方法有三種。

①是透過將Vgs降至負電壓(而非0V),使Vgs即使上升也不會達到Vth值。這種方法需要負的閘極驅動電壓,所以閘極驅動器的電源要使用+18V/-3V這樣的不對稱的兩個電源。在這種情況下,需要將負電壓設定為不超過Vgs的最大額定值。

②是在閘極-源極間增加外接電容,降低阻抗(Impedance),抑制閘極電位升高的方法。這裡需要注意的是CGS也會造成損耗,因而需要適當的電容。

③是在閘極-源極間增加米勒鉗位用MOSFET的方法。透過在SiC-MOSFET OFF時導通該MOSFET,強制使Vgs接近0V,從而避免閘極電位升高。

評估電路中的確認

使用評估電路來確認閘極電壓升高的抑制效果。下面是閘極驅動電路示例,閘極驅動L為負電壓驅動。CN1和CN4的+18V、CN3和CN6的-3V為驅動器的電源。電路中增加了CGS和米勒鉗位MOSFET,使包括閘極電阻在內均可調整。將該閘極驅動器與全SiC功率模組的閘極和源極連接,來確認閘極電壓的升高情況。

下面確認增加了②的外接CGS時的效果。首先來看沒有外接CGS時的資料。如前一篇文章所述,LowSide的閘極電阻Rg越小Vgs上升越高。

接下來請看增加了2.2nF外接CGS後的資料。如2.2nF的曲線所示,閘極電壓的上升程度得到了抑制。

再看將CGS增加到5.6nF時的資料。雖然電容增加,但抑制效果卻不明顯。

從圖中可以看出,結論是增加CGS可以有效抑制Vgs的上升程度,但並非單純地提高電容的電容其抑制效果就更好。如前所述,CGS也是造成損耗的因素,所以電容需要選擇適當的電容值。

接下來請看③的米勒鉗位MOSFET的效果。圓點是追加CGS的資料,中空圓點是米勒鉗位元資料。可見效果非常好。右圖表示關於突波電壓,任何條件下都幾乎相同。

最後是實際的波形。綠色和藍色是對策前的波形,紅色和橙色是對策後的波形。條件如表所示,對策後增加了米勒鉗位MOSFET,Rg從3.9Ω降至2.2Ω,並增加了5.6nF的CGS

Id和Vd在對策後振鈴均變小。關於Vgs,在Vgs(L)時觀察到峰值升高5.9V,對策後被抑制到1.1V。在Vgs(H)時峰值為7.7V的振鈴在對策後降至3.5V,可見收斂速度很快。

綜上所述,透過優化全SiC功率模組的閘極驅動,可實現更低損耗的完美運行。

重點:

・“閘極誤導通”的抑制方法有三種:①使OFF時的Vgs為負電壓,②增加外接CGS,③增加米勒鉗位MOSFET。

・透過最佳化全SiC功率模組的閘極驅動,可實現更低損耗的完美運行。


Silicon Carbide Power Devices Understanding & Application Examples Utilizing the Merits