柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌

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2024-05-11 01:48:23 971

柵極-源極電壓產(chǎn)生的浪涌是指在功率半導(dǎo)體器件（如MOSFET和IGBT）工作時，由于電壓和電流的變化導(dǎo)致柵極和源極之間出現(xiàn)的意外、瞬時的電壓波動現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常會在開關(guān)操作時出現(xiàn)，特別是在高速開關(guān)過程中更為顯著。

在近年來的電源應(yīng)用和電力線路中，SiC MOSFET的應(yīng)用速度與日俱增，其工作速度非常快。這導(dǎo)致開關(guān)時的電壓和電流的變化已經(jīng)無法忽略SiC MOSFET本身的封裝電感和外圍電路的布線電感的影響。特別是柵極-源極間電壓，當(dāng)SiC MOSFET本身的電壓和電流發(fā)生變化時，可能會發(fā)生意想不到的正浪涌或負(fù)浪涌，需要采取對策來應(yīng)對這種情況。

在本文中，我們將對應(yīng)對柵極-源極電壓浪涌的措施進(jìn)行探討，并為相關(guān)問題提供解決方案。

什么是柵極－源極電壓產(chǎn)生的浪涌？

在下方所示的電路圖中，展示了一種在橋式結(jié)構(gòu)中使用SiC MOSFET時最簡單的同步升壓（Boost）電路。在這個電路中，高邊（HS）SiC MOSFET與低邊（LS）SiC MOSFET的開關(guān)同步進(jìn)行開關(guān)。具體來說，當(dāng)LS導(dǎo)通時，HS關(guān)斷，而當(dāng)LS關(guān)斷時，HS導(dǎo)通，這樣交替導(dǎo)通和關(guān)斷。

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由于這種開關(guān)工作方式，受到開關(guān)側(cè)LS電壓和電流變化的影響，不僅在開關(guān)側(cè)的LS會產(chǎn)生浪涌，同步側(cè)的HS也會產(chǎn)生浪涌。

下面的波形圖表示該電路中LS導(dǎo)通時和關(guān)斷時的漏極－源極電壓（VDS）和漏極電流（ID）的波形，以及柵極－源極電壓（VGS）的動作。橫軸表示時間，時間范圍Tk（k=1～8）的定義如下：

T1: LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電流變化期間
T2: LS導(dǎo)通、SiC MOSFET電壓變化期間
T3: LS導(dǎo)通期間
T4: LS關(guān)斷、SiC MOSFET電壓變化期間
T5: LS關(guān)斷、SiC MOSFET電流變化期間
T4～T6: HS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間
T7: HS導(dǎo)通期間（同步整流期間）
T8: HS關(guān)斷、LS導(dǎo)通之前的死區(qū)時間

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在柵極－源極電壓VGS中，發(fā)生箭頭所指的事件（I）～（IV）。每條虛線是沒有浪涌的原始波形。這些事件是由以下因素引起的：

事件(I)、(VI) → 漏極電流的變化（dID/dt）
事件(II)、(IV) →漏極－源極電壓的變化（dVDS/dt）
事件(III)、(V) →漏極－源極電壓的變化結(jié)束

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