【经验】如何确认驱动器源极引脚的效果——通过双脉冲测试

时间： 2022-07-03 来源：ROHM

技术问答

具备驱动器源极引脚，可以大大降低导通损耗和关断损耗，如果ID导通峰值或VDS关断浪涌因开关速度提升而增加，就需要采取对策。本文中，罗姆（ROHM)将介绍通过双脉冲测试来确认驱动器源极引脚的效果。

驱动器源极引脚的效果：双脉冲测试比较

为了比较没有驱动器源极引脚的MOSFET和有驱动源极引脚的MOSFET的实际开关工作情况，我们按照右图所示的电路图进行了双脉冲测试，在测试中，使低边（LS）的MOSFET执行开关动作。

高边（HS）MOSFET则通过RG_EXT连接栅极引脚和源极引脚或驱动器源极引脚，并且仅用于体二极管的换流工作。在电路图中，实线是连接到源极引脚的示意图，虚线是连接到驱动器源极引脚的示意图。

我们来分别比较导通时和关断时的漏-源电压VDS和漏极电流ID的波形以及开关损耗。测试中使用的是最大额定值（VDSS的波形以及开关损耗。测试中使用的是最大额定值（RDS(on)）为40mΩ的SiC MOSFET。TO-247N封装的产品（型号：SCT3040KL）没有驱动器源极引脚，TO-247-4L（SCT3040KR）和TO-263-7L（SCT3040KW7）有驱动器源极引脚。这是在RG_EXT为10Ω、施加电压VHVDC为800V、ID为50A左右的驱动条件下的波形。

与没有驱动器源极引脚的TO-247N封装产品（浅蓝色虚线）相比，有驱动器源极引脚的TO-247-4L封装产品（红色虚线）和TO-263-7L封装产品（绿色虚线）导通时的ID上升速度更快。通过比较，可以看出TO-247N封装产品（浅蓝色线）的开关损耗为 2742µJ，而TO-247-4L封装产品（红色线）为1690µJ，开关损耗减少约38%；TO-263-7L封装产品（绿线）为 2083µJ，开关损耗减少24%，减幅显著。

通过导通波形可以确认，TO-247-4L的ID峰值达到了80A，比TO-247N大23A。这是因为，尽管在MOSFET的开关工作过程中对COSS的充放电能量是恒定的，但由于驱动器源极引脚可提高开关速度，所以充放电时间缩短，最终导致充电电流的峰值变大。虽然HS侧MOSFET的误启动也会导致峰值电流增加，但这不是误启动造成的。

TO-263-7L的ID峰值为60A，不如TO-247-4L的大。这是由于换流侧MOSFET（HS）的封装电感不同造成的，与后续会介绍的关断浪涌的差异成因一样。也就是说，由dID/dt产生的开关侧（LS）和换流侧MOSFET的总封装电感引起的电动势，会将开关侧MOSFET的VDS压低，并使开关侧MOSFET的COSS中积蓄的能量被释放，但TO-263-7L的放电电流很小，导通时的ID峰值也很小。

此外，导通时的开关损耗EON也是由于相同的原因，TO-247-4L封装产品的开关侧MOSFET的VDS被压低，最终使开关损耗EON降低。

但是，如果TO-247-4L和TO-263-7L没有采取误启动对策，发生误启动时导通电流的峰值可能会进一步增加，因此建议务必采取误启动对策，比如在米勒钳位电路或栅极-源极之间连接几nF的电容。如果希望进一步了解详细信息，请参考应用指南中的“SiC-MOSFET 栅极-源极电压的浪涌抑制方法”。

接下来是关断时的波形。可以看出，TO-247N封装产品（浅蓝色实线）的开关损耗为2093µJ，TO-247-4L封装产品（红色实线）为1462µJ，开关损耗降低约30%，TO-263-7L封装产品（绿色实线）为1488µJ，开关损耗降低约29%，即使降幅没有导通时那么大，也已经是很大的改善。

关断时在VDS中观测到的关断浪涌的主要起因是主电路的总寄生电感。它是前面给出的双脉冲测试电路中的布线电感LMAIN与开关侧和换流侧MOSFET的封装电感（LDRAIN+LSOURCE）的合计值。因此，对于封装电感几乎相同的TO-247-4L（红色实线）和TO-247N（浅蓝色实线）而言，浪涌会随着dID/dt速度的升高而增加。在该测试中，TO-247-4L为1009V，比TO-247N的890V大119V，因此可能需要采取缓冲电路等浪涌对策。

同为带有驱动器源极引脚的产品，TO-263-7L（绿色实线）的浪涌比TO-247-4L（红色实线）小，是因为封装结构不同。TO-263-7L的漏极被分配到封装背面的散热片，并被直接焊接在PCB上。另外，由于源极引脚被分配给7个引脚中的5个引脚，因此封装电感小于TO-247-4L。请注意，开关侧的浪涌会随着换流侧（而非开关侧）封装电感的减小而变小。

关于开关损耗的比较信息汇总如下：

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日前，搭载了罗姆第4代SiC MOSFET裸芯片的功率模块成功应用于“极氪”电动汽车3种车型的主机逆变器上，有助于延长车辆续航距离以及提高性能。

应用方案发布时间 : 2024-08-30

SiC MOSFET 5kW 高效率无风扇逆变电路

描述- 采用了发挥碳化硅(SiC)MOSFET高频特性的Trans-link交错型逆变电路(1)、实现了5kW时的功率转换效率达到99%以上。在该电路拓扑中，平滑电抗器的电感量可以减小。由于电抗器的匝数减少、使铜损大幅度减少实现了高效率。在这份资料中，介绍这个全新的逆变器设计的例子。

型号- PS2501L-1,MCR18ERTJ200,NJM78L05UA,MCR03EZPJ332,MCR03EZPJ334,RK73B1JTTD104J,PC092-01-00,B4B-XH-A,TR10P,DE1E3KX222MA4BN01,RK73B1JTTD472J,GRM188B31H104KA92,RB751S-40,MB3P-90,RK73B2BTTD105J,RK73B2BTTD4R7J,PH-1X10RG2,RK73B1JTTD103J,B5B-PH-K-S,PH-2X09SG,SSM3K318T,GRM1851X1H472JA44,KRB-408,GRM188B11H103KA01,HOT-2608B,ELXZ350ELL101MF15D,TLP700A,SCT3030AL,GRM188R11H104KA93,MCR10ERTJ4R7,TC4069UBF,RK73B1JTTD102J,PC045-00-00,S4B-EH,MOSX1C1R0J,NJM431U,GRM185B31E105MA12,DE1E3KX102MA4BN01,2SCR542P,GRM188R71E104KA01,PH-2X04SG,FHU-2×4SG,MCR10EZPJ105,PH-2X08SG,RK73B1JTTD153J,RK73B1JTTD101J,MCR03EZPJ101,ADR-48-50-0R5YA,MCR03EZPJ102,MCR03EZPJ103,24LC64SN,EG01C,MCR03ERTJ302,CQ-3303,CT-6E-P5KΩ,TR008A,1SS355,NE555D,ECQE6103KF,MCR18ERTJ4R7,ES1A,GRM188B11H102KA01,PC089-01-00-50P,NJM2732M,BFC233920105,MB4P-90,MCR03ERTJ331,B3P-VH,TBD,STR-A6079M,ACPL-C87AT,SCS212AM,MCR18ERTJ1R0,TRANS-LINK,GRM1851X1H222JA44,2SAR542P,MOSX1C334J,MCR03ERTJ202,FHU-2X9SG,VDCT,UDZS5.1B,ECQE6104KF,ELXZ100ELL681MF15D,S3B-EH,RK73B1JTTD271J,2SC3325,PH-1X04SG,MCR03EZPJ152,GRM188R71E105KA12,ELXS451VSN561MA50S,GRM21BR71E105KA99,MCR03ERTJ470,RK73B1JTTD470J,SCT3017AL,RK73B2BTTD563J,RK73B1JTTD000J,TA48M05F,MCR03ERTJ102,MCR03ERTJ103,SBR1U150SA-13,FHU-2X8SG,450MPH105J,UCS2W220MHD

应用笔记或设计指南 - ROHM - Rev.001 - 2021.10 PDF 中文下载

SiC MOSFET损耗计算方法：通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法

本文ROHM将介绍根据在上一篇文章（《SiC MOSFET损耗计算方法：开关波形的测量方法》）中测得的开关波形，使用线性近似法来计算功率损耗的方法。

技术探讨发布时间 : 2024-05-25

ROHM 4th Gen SiC MOSFET Simulation Models for PSIM™ Now Available

ROHM has begun offering 4th Gen SiC MOSFET simulation models compatible with PSIM™, a circuit simulator designed for power electronics and motor drive developed by Altair®. Designers can now easily download model files to perform system-level evaluations, allowing for efficient design and evaluation across a wire range of industrial sectors, further promoting the use of power devices.

产品发布时间 : 2024-08-02

SiC MOSFET 栅极-源极电压的浪涌抑制方法 Application Note

型号- SCT3040KR,SCT3040KR 4L

应用笔记或设计指南 - ROHM - Rev. 002 - 2020.4 PDF 中文下载

在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果：图腾柱PFC实机评估

本文将介绍在相同的BEV电源架构的组成模块之一—OBC的双向图腾柱PFC中使用第4代SiC MOSFET时的实验结果。图腾柱PFC是作为可提高效率的PFC转换器在近年来备受关注的拓扑。另外，为了微电网系统更加稳定，并促进供需平衡，全球范围都在研究V2G（Vehicle To Grid），双向工作也变得越发重要。

设计经验发布时间 : 2024-07-14