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    驅動器源極引腳的效果:雙脈沖測試比較

    作者:時間:2022-06-16來源:ROHM收藏

    在上一篇文章中,我們通過工作原理和公式了解了有無源極引腳的差異和效果。有源極引腳的MOSFET可以消除源極引腳的電感帶來的影響,從而可降低開關損耗。在本文中,我們將通過雙脈沖測試來確認源極引腳的效果。

    本文引用地址:http://www.me-unplugged.com/article/202206/435226.htm


    ?具備驅動器源極引腳,可以大大降低導通損耗和關斷損耗。

    ?如果ID導通峰值或VDS關斷浪涌因開關速度提升而增加,就需要采取對策。


    在上一篇文章中,我們通過工作原理和公式了解了有無驅動器源極引腳的差異和效果。有驅動器源極引腳的MOSFET可以消除源極引腳的電感帶來的影響,從而可降低開關損耗。在本文中,我們將通過雙脈沖測試來確認驅動器源極引腳的效果。


    驅動器源極引腳的效果:雙脈沖測試比較


    為了比較沒有驅動器源極引腳的MOSFET和有驅動源極引腳的MOSFET的實際開關工作情況,我們按照右圖所示的電路圖進行了雙脈沖測試,在測試中,使低邊(LS)的MOSFET執行開關動作。


    9.png


    高邊(HS)MOSFET則通過RG_EXT連接柵極引腳和源極引腳或驅動器源極引腳,并且僅用于體二極管的換流工作。在電路圖中,實線是連接到源極引腳的示意圖,虛線是連接到驅動器源極引腳的示意圖。


    我們來分別比較導通時和關斷時的漏-源電壓VDS和漏極電流ID的波形以及開關損耗。測試中使用的是最大額定值(VDSS的波形以及開關損耗。測試中使用的是最大額定值(RDS(on))為 40mΩ的SiC MOSFET。TO-247N封裝的產品(型號:SCT3040KL)沒有驅動器源極引腳,TO-247-4L(SCT3040KR)和TO-263-7L(SCT3040KW7)有驅動器源極引腳。這是在RG_EXT為10Ω、施加電壓VHVDC為800V、ID為50A左右的驅動條件下的波形。


    與沒有驅動器源極引腳的TO-247N封裝產品(淺藍色虛線)相比,有驅動器源極引腳的TO-247-4L封裝產品(紅色虛線)和TO-263-7L封裝產品(綠色虛線)導通時的ID上升速度更快。通過比較,可以看出TO-247N封裝產品(淺藍色線)的開關損耗為 2742μJ,而TO-247-4L封裝產品(紅色線)為1690μJ,開關損耗減少約38%;TO-263-7L封裝產品(綠線)為 2083μJ,開關損耗減少24%,減幅顯著。


    1655295505301977.png


    通過導通波形可以確認,TO-247-4L的ID峰值達到了80A,比TO-247N大23A。這是因為,盡管在MOSFET的開關工作過程中對COSS的充放電能量是恒定的,但由于驅動器源極引腳可提高開關速度,所以充放電時間縮短,最終導致充電電流的峰值變大。雖然HS側MOSFET的誤啟動也會導致峰值電流增加,但這不是誤啟動造成的。


    TO-263-7L的ID峰值為60A,不如TO-247-4L的大。這是由于換流側MOSFET(HS)的封裝電感不同造成的,與后續會介紹的關斷浪涌的差異成因一樣。也就是說,由dID/dt產生的開關側(LS)和換流側MOSFET的總封裝電感引起的電動勢,會將開關側MOSFET的VDS壓低,并使開關側MOSFET的COSS中積蓄的能量被釋放,但TO-263-7L的放電電流很小,導通時的ID峰值也很小。


    此外,導通時的開關損耗EON也是由于相同的原因,TO-247-4L封裝產品的開關側MOSFET的VDS被壓低,最終使開關損耗EON降低。


    但是,如果TO-247-4L和TO-263-7L沒有采取誤啟動對策,發生誤啟動時導通電流的峰值可能會進一步增加,因此建議務必采取誤啟動對策,比如在米勒鉗位電路或柵極-源極之間連接幾nF的電容。如果希望進一步了解詳細信息,請參考應用指南中的“SiC-MOSFET 柵極-源極電壓的浪涌抑制方法”。


    接下來是關斷時的波形??梢钥闯?,TO-247N封裝產品(淺藍色實線)的開關損耗為2093μJ,TO-247-4L封裝產品(紅色實線)為1462μJ,開關損耗降低約30%,TO-263-7L封裝產品(綠色實線)為1488μJ,開關損耗降低約29%,即使降幅沒有導通時那么大,也已經是很大的改善。


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    關斷時在VDS中觀測到的關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試電路中的布線電感LMAIN與開關側和換流側MOSFET的封裝電感(LDRAIN+LSOURCE)的合計值。因此,對于封裝電感幾乎相同的TO-247-4L(紅色實線)和TO-247N(淺藍色實線)而言,浪涌會隨著dID/dt速度的升高而增加。在該測試中,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策。


    同為帶有驅動器源極引腳的產品,TO-263-7L(綠色實線)的浪涌比TO-247-4L(紅色實線)小,是因為封裝結構不同。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個引腳中的5個引腳,因此封裝電感小于TO-247-4L。請注意,開關側的浪涌會隨著換流側(而非開關側)封裝電感的減小而變小。


    關于開關損耗的比較信息匯總如下:


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    條件:VDS=800V、ID=50A、RG_EXT=10Ω




    關鍵詞: ROHM 驅動器

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