通過驅動器源極引腳將開關損耗降低約35%
發布時間:2020-05-14 責任編輯:wenwei
【導讀】ROHM最近推出了SiC MOSFET的新係列產品“SCT3xxx xR係列”。SCT3xxx xR係列采用最新的溝槽柵極結構,進一步降低了導通電阻;同時通過采用單獨設置柵極驅動器用源極引腳的4引腳封裝,改善了開關特性,使開關損耗可以降低35%左右。此次,針對SiC MOSFET采用4引腳封裝的原因及其效果等議題,我們采訪了ROHM株式會社的應用工程師。
-接下來,請您介紹一下驅動器源極引腳是如何降低開關損耗的。首先,能否請您對使用了驅動器源極引腳的電路及其工作進行說明?
Figure 4是具有驅動器源極引腳的MOSFET的驅動電路示例。它與以往驅動電路(Figure 2)之間的區別隻在於驅動電路的返回線是連接到驅動器源極引腳這點。請看與您之前看到的Figure 2之間的比較。

從電路圖中可以一目了然地看出,包括VG在內的驅動電路中不包含LSOURCE,因此完全不受開關工作時的ID變化帶來的VLSOURCE的影響。
如果用公式來表示施加到內部芯片的電壓VGS_INT的話,就是公式(2)。當然,計算公式中沒有3引腳封裝的公式(1)中存在的LSOURCE相關的項。所以,4引腳封裝MOSFET的VGS_INT僅受RG_EXT和IG引起的電壓降VRG_EXT的影響,而且由於RG_EXT是外置電阻,因此也可調。下麵同時列出公式(1)用以比較。

-能給我們看一下比較數據嗎?
這裏有雙脈衝測試的比較數據。這是為了將以往產品和具有驅動器源極引腳的SiC MOSFET的開關工作進行比較,而在Figure 5所示的電路條件下使Low Side(LS)的MOSFET開關的雙脈衝測試結果。High Side(HS)是將RG_EXT連接於源極引腳或驅動器源極引腳,並僅使用體二極管換流工作的電路。

Figure 6是導通時的漏極-源極間電壓VDS和漏極電流ID的波形。這是驅動條件為RG_EXT=10Ω、VDS=800V,ID約為50A時的波形。

紅色曲線的TO-247-4L為4引腳封裝,藍色的TO-247N為以往的3引腳封裝,其中的SiC MOSFET芯片是相同的。
我們先來比較一下虛線ID的波形。與藍色的3引腳封裝品的波形相比,紅色的4引腳封裝的ID上升更快,達到50A所需的時間當然也就更短。
雖然VDS的下降時間本身並沒有很大的差別,但柵極信號輸入後的開關速度明顯變快。
-就像您前麵說明的,區別隻在於4引腳封裝通過設置驅動器源極引腳,消除了LSOURCE的影響,因此它們的開關特性區別隻在於LSOURCE的有無所帶來的影響?可不可以這樣理解?
基本上是這樣。當然,也有一些應該詳細查考的事項,但如果從柵極驅動電路中消除了LSOURCE的影響,則根據Figure 4中說明的原理,開關速度將變快。關於關斷,雖然不像導通那樣區別顯著,但速度同樣也會變快。
-這就意味著開關損耗得到了大幅改善。
這裏有導通和關斷相關的開關損耗比較數據。

在導通數據中,原本2,742µJ的開關損耗變為1,690µJ,損耗減少了約38%。在關斷數據中也從2,039µJ降至1,462µJ,損耗減少了約30%。
-明白了。最後請你總結一下,謝謝。
SiC MOSFET具有超低導通電阻和高速開關的特點,還具有可進一步縮小電路規模、提高相同尺寸的功率、以及因降低損耗而提高效率並減少發熱量等諸多優點。
另ling一yi方fang麵mian,關guan於yu在zai大da功gong率lv開kai關guan電dian路lu中zhong的de功gong率lv元yuan器qi件jian的de安an裝zhuang,由you於yu必bi須xu考kao慮lv寄ji生sheng電dian感gan等deng寄ji生sheng分fen量liang的de影ying響xiang,如ru果guo開kai關guan電dian流liu速su度du明ming顯xian提ti高gao,那na麼me其qi影ying響xiang也ye會hui更geng大da。這zhe不bu僅jin僅jin是shi實shi裝zhuang電dian路lu板ban級ji別bie的de問wen題ti,同tong時shi也ye是shi元yuan器qi件jian封feng裝zhuang級ji別bie的de課ke題ti。
此次之所以在最新一代SiC MOSFET中采用4引腳封裝,也是基於這樣的背景,旨在在使用了SiC功率元器件的應用中,進一步降低損耗。
這裏有一個注意事項,或者說是為了有效使用4引腳封裝產品而需要探討的事項。前麵提到了通過消除封裝電感LSOURCE的de影ying響xiang可ke提ti高gao開kai關guan速su度du並bing大da大da改gai善shan開kai關guan損sun耗hao。這zhe雖sui然ran是shi事shi實shi,但dan考kao慮lv到dao穩wen定ding性xing和he整zheng個ge電dian路lu工gong作zuo時shi,伴ban隨sui著zhe開kai關guan速su度du的de提ti高gao,也ye產chan生sheng了le一yi些xie需xu要yao探tan討tao的de問wen題ti。就jiu像xiang“權衡(Trade-off)”一詞所表達的,電路的優先事項一定需要用最大公約數來實現優化。
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