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  • 場效應(yīng)管漏極與源極之間產(chǎn)生的浪涌解析
    • 發(fā)布時間:2024-09-09 20:37:54
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    場效應(yīng)管漏極與源極之間產(chǎn)生的浪涌解析
    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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)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。
    場效應(yīng)管漏極 源極 浪涌
    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)。
    場效應(yīng)管漏極 源極 浪涌
    圖2是使用SiC MOSFET SCT2080KE進(jìn)行測試時關(guān)斷時的浪涌波形。當(dāng)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。
    場效應(yīng)管漏極 源極 浪涌
    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。
    場效應(yīng)管漏極 源極 浪涌
    圖3:C緩沖電路
    場效應(yīng)管漏極 源極 浪涌
    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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行鉗制,就可以降低關(guān)斷浪涌。
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