漏極和源極之間產(chǎn)生的浪涌

開關(guān)導通時，線路和電路板版圖的電感之中會直接積蓄電能（電流能量）。當該能量與開關(guān)器件的寄生電容發(fā)生諧振時，就會在漏極和源極之間產(chǎn)生浪涌。下面將利用圖1來說明發(fā)生浪涌時的振鈴電流的路徑。這是一個橋式結(jié)構(gòu)，在High Side（以下簡稱HS）和Low Side（以下簡稱LS）之間連接了一個開關(guān)器件，該圖是LS導通，電路中存在開關(guān)電流IMAIN的情形。通常，該IMAIN從VSW流入，通過線路電感LMAIN流動。

本文的關(guān)鍵要點

?漏極和源極間的浪涌是由各種電感分量和MOSFET寄生電容的諧振引起的。

?在實際的版圖設(shè)計中，很多情況下無法設(shè)計出可將線路電感降至最低的布局，此時，盡可能在開關(guān)器件的附近配備緩沖電路來降低線路電感，這是非常重要的。

首先，為您介紹SiC MOSFET功率轉(zhuǎn)換電路中，發(fā)生在漏極和源極之間的浪涌。

· 漏極和源極之間產(chǎn)生的浪涌

· 緩沖電路的種類和選擇

· C緩沖電路的設(shè)計

· RC緩沖電路的設(shè)計

· 放電型RCD緩沖電路的設(shè)計

· 非放電型RCD緩沖電路的設(shè)計

· 封裝引起的浪涌差異

SiC MOSFET的漏極和源極之間產(chǎn)生的浪涌

開關(guān)導通時，線路和電路板版圖的電感之中會直接積蓄電能（電流能量）。當該能量與開關(guān)器件的寄生電容發(fā)生諧振時，就會在漏極和源極之間產(chǎn)生浪涌。下面將利用圖1來說明發(fā)生浪涌時的振鈴電流的路徑。這是一個橋式結(jié)構(gòu)，在High Side（以下簡稱HS）和Low Side（以下簡稱LS）之間連接了一個開關(guān)器件，該圖是LS導通，電路中存在開關(guān)電流IMAIN的情形。通常，該IMAIN從VSW流入，通過線路電感LMAIN流動。

圖1：產(chǎn)生關(guān)斷浪涌時的振鈴電流路徑

接下來，LS關(guān)斷時，流向LMAIN的IMAIN一般是通過連在輸入電源HVdc和PGND之間的大容量電容CDCLINK，經(jīng)由HS和LS的寄生電容，按照虛線所示路徑流動。此時，在LS的漏極和源極之間，LMAIN和SiC MOSFET的寄生電容COSS（CDS+CDG）就會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，漏極和源極之間就會產(chǎn)生浪涌。如果用VDS_SURGE表示施加在HVdc引腳的電壓，用ROFF表示MOSFET關(guān)斷時的電阻，則該浪涌的最大值VHVDC可以用下述公式表示（*1）。

圖2是使用SiC MOSFET SCT2080KE進行測試時關(guān)斷時的浪涌波形。當給HVdc施加800V的電壓時，可以算出VDS_SURGE為961V，振鈴頻率約為33MHz。利用公式（1），根據(jù)該波形，可以算出LMAIN約為110nH。

圖2：關(guān)斷浪涌波形

再接下來，增加一個圖3所示的緩沖電路CSNB，實質(zhì)性地去掉LMAIN后，其關(guān)斷浪涌的波形如圖4所示。

圖3：C緩沖電路

圖4：通過C緩沖電路降低關(guān)斷浪涌

可以看到，增加該CSNB之后，浪涌電壓降低50V以上（約901V），振鈴頻率也變得更高，達到44.6MHz，而且包括CSNB在內(nèi)，整個電路中的LMAIN變得更小。

同樣，利用公式（1）計算LMAIN，其結(jié)果由原來的110nH左右降低至71nH左右。原本，最好是在進行版圖設(shè)計時，將線路電感控制在最低水平。但是，在實際設(shè)計過程中，往往會優(yōu)先考慮器件的散熱設(shè)計，所以線路并不一定能夠按照理想進行設(shè)計。

在這種情況下，其對策方案之一就是盡可能在開關(guān)器件附近配置緩沖電路，使之形成旁路電路。這樣既可以將線路電感這一引發(fā)浪涌的根源降至最低，還可以吸收已經(jīng)降至最低的線路電感中積蓄的能量。然后，通過對開關(guān)器件的電壓進行鉗制，就可以降低關(guān)斷浪涌。

*1：“開關(guān)轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)”P95-P107，P95～P107 作者：原田耕介、二宮保、顧文建，出版社：CORONA PUBLISHING CO., LTD. 1992年2月