SiC MOSFET尖峰產生原因及抑制-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-01-13
在半橋電路中，針對MOS漏極和源極產生的尖峰抑制方法之一就是增加緩沖電路，其設計方法說明了漏極源極之間的電壓尖峰是由于在Turn ON 時流過的電流的能量儲存在線路和基板布線的寄生電感中，并與開關元件的寄生電容共振所產生的。
圖 1 圖示尖峰產生時的振鈴電流路線
圖1由HS (High side) 和LS (Low side) 的開關元件組成的半橋結構。
當LS 元件Turn ON時，開關電流IMAIN流動的情況。這個IMAIN通常從Vs流入再通過配線電感LTRACE。
當LS 元件Turn OFF 時，在LTRACE 流動的IMAIN 通常會通過接在輸入電源HVdc-PGND 之間的Bulk 電容CDC，經由HS 元件和LS 元件的寄生電容如圖中虛線所示流動。
此時，在LS 側漏極源極之間LTRACE和MOSFET 的寄生電容COSS（CDS+CDG）之間發生諧振現象，在漏極源極之間產生尖峰。
VDS_SURGE：尖峰的最大值
VHVDC：HVdc 端的電壓
ROFF：MOSFET Turn OFF 時的電阻
如圖2 HVdc 電壓為800V 時，VDS_SURGE為961V，振鈴頻率約為33MHz。使用方程式（1）根據該波形計算出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，這個時候電壓尖峰降低了50V 以上（約901V），振鈴頻率也變大為44.6MHz，由圖4可知，包含CSNB 在內的電路網中的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計為配線電感最小化，但通常優先考慮的是元件的散熱設計，因此布線設計不一定理想。因此通過盡可能在開關裝置附近布置緩沖電路，以形成旁路電路，將電壓尖峰產生的源頭——布線電感最小化，還可以吸收積蓄在布線電感中的能量。這樣就可以將開關元件的電壓鉗位住，縮小Turn OFF 電壓尖峰。
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