SiC MOSFET DS電壓尖峰產(chǎn)生原因
在半橋電路中，針對(duì)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(jì)方法說(shuō)明了漏極源極之間的電壓尖峰是由于在Turn ON 時(shí)流過(guò)的電流的能量?jī)?chǔ)存在線路和基板布線的寄生電感中，并與開(kāi)關(guān)元件的寄生電容共振所產(chǎn)生的。
圖 1 圖示尖峰產(chǎn)生時(shí)的振鈴電流路線
圖1由HS (High side) 和LS (Low side) 的開(kāi)關(guān)元件組成的半橋結(jié)構(gòu)。
當(dāng)LS 元件Turn ON時(shí)，開(kāi)關(guān)電流IMAIN流動(dòng)的情況。這個(gè)IMAIN通常從Vs流入再通過(guò)配線電感LTRACE。
當(dāng)LS 元件Turn OFF 時(shí)，在LTRACE 流動(dòng)的IMAIN 通常會(huì)通過(guò)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(dòng)。
此時(shí)，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。
VDS_SURGE：尖峰的最大值
VHVDC：HVdc 端的電壓
ROFF：MOSFET Turn OFF 時(shí)的電阻
如圖2 HVdc 電壓為800V 時(shí)，VDS_SURGE為961V，振鈴頻率約為33MHz。使用方程式（1）根據(jù)該波形計(jì)算出LTRACE 約110nH。
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(gè)時(shí)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。
圖3 CSNB緩沖電路
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(jì)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(jì)，因此布線設(shè)計(jì)不一定理想。因此通過(guò)盡可能在開(kāi)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(kāi)關(guān)元件的電壓鉗位住，縮小Turn OFF 電壓尖峰。
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