SiC MOSFET在LS导通时的动作情况 低边开关导通时的Gate-Source间电压的动作

SiC MOSFET低边开关导通时的Gate-Source间电压的动作

当SiC MOSFET的LS导通时，首先I_D会变化（下述波形示意图T1）。此时LS的I_D沿增加方向、HS的I_D沿减少方向流动，受下述等效电路图中所示的事件(I)影响，在图中所示的极性产生公式（1）的电动势。公式（1）与上一篇文章中使用的公式相同。该电动势引起的电流将源极侧作为正极对C_GS进行充电，因此在LS会将V_GS向下推，在HS会将V_GS向负极侧拉，使之产生负浪涌（波形示意图V_GS的T1）。

当I_D的变化结束时，LS的V_DS的电位降低（波形示意图T2）。所以，公式（2）中的电流就像等效电路图中的(II)-1、(II)-2那样流动，并且V_GS会分别引发下列公式（3）、（4）中的电压上升。

V_DS刚刚开始变化后，公式（3）的V_GS上升为主，随着时间的推移，公式（4）的V_GS也开始上升。也就是说，MOSFET的CGD/C_GS比、驱动电路的R_{G_EXT}、栅极驱动信号图形布线的电感值L_TRACE具有很大影响。

如等效电路图所示，HS中的(II)-2的电流I_CGD2处于V_GS提升方向。因此，本来应该处于OFF状态的HS因V_GS的提升而开始了导通工作。这种现象称为“误启动”。当HS发生误启动时，就会与LS的导通工作重叠，致使HS和LS的MOSFET同时导通，从而引发直通电流。

I_CGD2会持续流动到LS的导通工作结束，并被积蓄在L_TRACE中，但会在V_SW变化结束的时间点消失，L_TRACE产生电动势。这就是事件(III)。受R_{G_EXT}等开关条件影响，I_CGD2可能会达到几安培，并且该电动势可能会增加。

受上述事件(I)、(II)、(III)的影响，LS导通后的Gate-Source电压呈现出波形示意图中所示的动作。波形示意图和等效电路图的相同编号表示同一事件。另外，图中V_GS的虚线波形表示理想的波形。

外置栅极电阻的影响

下面是SiC MOSFET桥式结构的LS导通时的双脉冲测试结果。（a）波形图的外置栅极电阻R_{G_EXT}为0Ω，（b）为10Ω。图中的(I)、(II)、(III)同前面相应编号的事件。

比较(a)和(b)的波形可以看出，R_{G_EXT}越小，由事件(I)引起的V_GS下降就越大。此外，由于开关速度非常快，因此事件(III)在(a)中很突出；但由于R_{G_EXT}为0Ω，因此几乎没有观察到事件(II)的波形。另一方面，在(b)中，事件(II)-2和R_{G_EXT}引起的V_GS升程明显。

从该结果可以清楚地看出，要想降低诱发LS导通时HS误启动的事件(II)-2的V_GS升程，就需要减小HS关断时的外置栅极电阻R_{G_EXT}。然而，多数情况下，HS和LS的R_{G_EXT}是相同的，因此，当减小R_{G_EXT}时，LS的dV_DS/dt将增加，如公式（1）所示，HS的I_CGD会增加。从公式（4）可以看出，结果会导致HS浪涌升高。

另外，与最前面说明中使用的波形示意图不同，HS的V_GS波形之所以在紧靠事件(I)之前的位置向正极侧振荡，是因为事件(I)的电流开始流动的瞬间L_SOURCE引起的电动势在通过C_GS后立即被观测到了。

 

低边开关关断时的栅极 – 源极间电压的动作

下面是表示LS MOSFET关断时的电流动作的等效电路和波形示意图。与导通时的做法一样，为各事件进行了(IV)、(V)、(VI)编号。与导通时相比，只是V_DS和I_D变化的顺序发生了改变，其他基本动作是一样的。与导通时的事件之间的对应关系如下：

dV_DS/dt带来的LS的V_GS上升和HS的V_GS负浪涌（波形示意图T4）是事件(IV)。
波形示意图的T4周期结束时，公式（1）所示的I_CGD1消失时发生的浪涌是事件(V)。公式（1）与之前使用的公式相同。

然后，漏极电流发生变化（波形示意图T6），并发生公式（2）所示的L_SOURCE引起的电动势，电流如等效电路的事件(VI)中所示流动。公式（2）也与之前使用的公式相同。

可以看出的动作是，由于该电流以源极侧为负极向MOSFET的CGS充电，因此在HS侧将V_GS推高，在LS侧将V_GS向正极侧拉升，以防止V_GS下降。结果就产生了波形示意图所示的V_GS动作。波形示意图中V_GS的虚线表示理想的电压波形。

外置栅极电阻的影响

下面是SiC MOSFET桥式结构的LS关断时的双脉冲测试结果。（a）波形图的外置栅极电阻R_{G_EXT}为0Ω时，（b）为10Ω。图中的(IV)、(V)、(VI)即前面提到的事件。

如波形图所示，可以看到事件（V）的浪涌非常明显。

尽管由V_DS的变化引起的事件（IV）的影响很小，但由于HS中事件（IV）引起的负浪涌常常会超过额定值，在这种情况下，就需要对电路采取相应的措施。要想减少这种关断时的HS负浪涌，需要减小HS栅极电阻R_{G_EXT}。然而，需要注意的是， 常用栅极电阻调节电路中，事件（IV）在电阻值高的R_{G_ON}侧较为突出。

关于由事件(VI)引起的V_GS抬升，由于该时刻正好在关断（Turn-off）结束之前，所以即使HS进入导通（Turn-on）动作，SiC MOSFET桥式结构的LS也已经被关断，几乎不会造成什么问题。

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