SiC MOSFET的橋臂串?dāng)_抑制方法圖解-KIA MOS管

抑制碳化硅MOSFET橋臂串?dāng)_

近年來，以碳化硅（Silicon Carbide, SiC）MOSFET 為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件因其具有高開關(guān)頻率、高開關(guān)速度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，已成為高頻、高溫、高功率密度電力電子變換器的理想選擇。然而隨著SiC MOSFET開關(guān)速度加快，橋式電路受寄生參數(shù)影響加劇，串?dāng)_現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

由于SiC MOSFET 正向閾值電壓與負(fù)向安全電壓較小，串?dāng)_問題引起的正負(fù)向電壓尖峰更容易造成開關(guān)管誤導(dǎo)通或柵源極擊穿，進(jìn)而增加開關(guān)損耗，嚴(yán)重時損壞開關(guān)管。

改進(jìn)抑制橋臂串?dāng)_驅(qū)動電路的思想是在串?dāng)_產(chǎn)生過程中，通過控制三極管開斷，使三極管串聯(lián)電容的輔助支路為米勒電流提供旁路通道，降低柵極驅(qū)動回路阻抗，抑制串?dāng)_，同時減小輔助支路電容對 SiC MOSFET開關(guān)特性的影響，其原理圖與相關(guān)開關(guān)波形如圖1、圖2所示。

圖1 改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路

圖2 改進(jìn)驅(qū)動電路相關(guān)波形

為了驗(yàn)證改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路的有效性，本文基于 SiC MOSFET 器件 C2M0080120D，搭建了如圖3所示的雙脈沖測試實(shí)驗(yàn)平臺，并對傳統(tǒng)驅(qū)動電路、典型抑制串?dāng)_驅(qū)動電路、改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對比。

圖4給出了改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路原理，圖4~圖6分別給出了驅(qū)動電阻為10Ω，輸入電壓為400V，負(fù)載電流為5A時，不同驅(qū)動電路的實(shí)驗(yàn)波形。

圖3 雙脈沖測試實(shí)驗(yàn)平臺

圖4 傳統(tǒng)驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)波形

圖5 典型驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)波形

圖6 改進(jìn)驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)波形

不同驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果如表1所示。

表1 不同驅(qū)動電路實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果

結(jié)論

所得主要結(jié)論如下：

①傳統(tǒng)無輔助支路的SiC MOSFET驅(qū)動電路，橋臂串?dāng)_現(xiàn)象明顯。典型抑制串?dāng)_驅(qū)動和本文所提改進(jìn)驅(qū)動電路都能有效抑制串?dāng)_問題。

②無論是典型抑制串?dāng)_驅(qū)動電路，還是本文提出的改進(jìn)驅(qū)動電路，SiC MOSFET開關(guān)損耗都會隨驅(qū)動電阻、輸入電壓、負(fù)載電流的增大而增加；而SiC MOSFET開關(guān)延時受輸入電壓與負(fù)載電流影響相對較小，但也會隨驅(qū)動電阻的增大而增加。

③相比典型抑制串?dāng)_驅(qū)動設(shè)計(jì)，本文所提改進(jìn)驅(qū)動設(shè)計(jì)有效降低了開關(guān)延時與損耗，且隨著驅(qū)動電阻、輸入電壓、負(fù)載電流增大，降低SiC MOSFET開關(guān)損耗的效果更明顯，進(jìn)一步說明本文所提方法在抑制串?dāng)_和提高開關(guān)特性方面更具優(yōu)勢。

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