功率MOSFET的寄生导通行为和抑制方法

时间： 2023-12-30 来源：瑶芯微电子公众号

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功率MOSFET,SiC MOSFET,Super Junction MOSFET,SJ MOS

本文中瑶芯微将与大家分享功率MOSFET的寄生导通行为和抑制方法。

SiC MOSFET和SJ-MOSFET：

SiC MOSFET和Super Junction MOSFET（简称SJ MOS）都是高速功率器件，经常被应用于大功率AC-DC电源、电动汽车充电桩、OBC等高频应用场合。较低的导通电阻和高速开关特性，获得较低的导通损耗和开关损耗，助力电源获得越来越高的功率密度，更小的体积，更高的效率，助力降低碳排放。

寄身导通产生的原因：

SJ和SiC MOSFET在大功率电力电子应用中，常常应用于桥式电路，如下图1所示的OBC为例：

硬开关，或在软开关电路的状态，在多数场景是软开关ZVS，但在启机，环路调整和负载变化时，MOSFET会短暂工作在硬开关状态（非ZVS模式），且上述应用多数追求成本最优，使用0V关断而非负压，因此器件的寄生参数Cgd会给器件带来误开通的风险：

（1)通过米勒电容导通，如图2所示：

低边MOS S2的体二极管为电感电流IL续流，当下一周期高边MOS开通时负载电流换流至S1，S1的DS电压下降，同时S2的DS电压上升，在这个阶段，DS电压上升通过米勒电容Cgd充电，门极电压Vgs被抬高，栅极关断电阻试图抵消并拉低电压。但如果电阻值不够低，则栅极电压可能超过阈值水平，从而导致直通、增加开关损耗甚至损坏器件的情况发生。

直通事件的风险和严重程度取决于特定的运行工况和驱动设计。高母线电压、高dVds/dt和高结温是最关键的工作点。高dVds/dt会更严重地拉高栅极Vgs电压，高运行结温会降低Vgsth电压。驱动方面的主要影响因素是：与Cgd并联的电路板寄生电容，与Cgs并联的外部电容，栅极关断电压，栅极外部开通和关断电阻：

（2)通过杂散电感导通，如图4所示：

当S1开通时，负载电流从D2续流的电流要换流至MOS S1，并且D2伴随反向恢复，反向恢复电流流经S极杂散电感，电流下降时感应出负压，如果负压绝对值超过MOS的阈值电压则S2发生寄生导通。

解决方案建议：

按照上述公式，抑制米勒导通和杂散电感导通有以下几个方法：

●增加开通电阻Rgon，或者增加磁珠L，降低开通速度来减小和减小didt

●外部驱动电阻Rgon和Rgoff分开，减小Rgoff有助于抑制米勒导通（Rgoff不可过小，防止关断过快di/dt过高导致MOS Vds过高失效）

●增加额外门极GS电容Cg，为了抑制震荡可以增加Rs电阻。外加的电容也来自经验，并且减小驱动G-S PCB Layout环路面积能进一步减小震荡

●使用负压驱动，并且适当增加负压Vgs_off来抑制米勒导通

●使用带有动态米勒钳位的驱动芯片，有效钳制门极电压

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