驅動(dòng)器源極引腳的效果：雙脈沖測試比較

在上一篇文章中，我們通過(guò)工作原理和公式了解了有無(wú)驅動(dòng)器源極引腳的差異和效果。有驅動(dòng)器源極引腳的MOSFET可以消除源極引腳的電感帶來(lái)的影響，從而可降低開(kāi)關(guān)損耗。在本文中，我們將通過(guò)雙脈沖測試來(lái)確認驅動(dòng)器源極引腳的效果。

?具備驅動(dòng)器源極引腳，可以大大降低導通損耗和關(guān)斷損耗。

?如果ID導通峰值或VDS關(guān)斷浪涌因開(kāi)關(guān)速度提升而增加，就需要采取對策。

在上一篇文章中，我們通過(guò)工作原理和公式了解了有無(wú)驅動(dòng)器源極引腳的差異和效果。有驅動(dòng)器源極引腳的MOSFET可以消除源極引腳的電感帶來(lái)的影響，從而可降低開(kāi)關(guān)損耗。在本文中，我們將通過(guò)雙脈沖測試來(lái)確認驅動(dòng)器源極引腳的效果。

驅動(dòng)器源極引腳的效果：雙脈沖測試比較

為了比較沒(méi)有驅動(dòng)器源極引腳的MOSFET和有驅動(dòng)源極引腳的MOSFET的實(shí)際開(kāi)關(guān)工作情況，我們按照右圖所示的電路圖進(jìn)行了雙脈沖測試，在測試中，使低邊（LS）的MOSFET執行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

高邊（HS）MOSFET則通過(guò)RG_EXT連接柵極引腳和源極引腳或驅動(dòng)器源極引腳，并且僅用于體二極管的換流工作。在電路圖中，實(shí)線(xiàn)是連接到源極引腳的示意圖，虛線(xiàn)是連接到驅動(dòng)器源極引腳的示意圖。

我們來(lái)分別比較導通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的漏-源電壓VDS和漏極電流ID的波形以及開(kāi)關(guān)損耗。測試中使用的是最大額定值（VDSS的波形以及開(kāi)關(guān)損耗。測試中使用的是最大額定值（RDS(on)）為 40mΩ的SiC MOSFET。TO-247N封裝的產(chǎn)品（型號：SCT3040KL）沒(méi)有驅動(dòng)器源極引腳，TO-247-4L（SCT3040KR）和TO-263-7L（SCT3040KW7）有驅動(dòng)器源極引腳。這是在RG_EXT為10Ω、施加電壓VHVDC為800V、ID為50A左右的驅動(dòng)條件下的波形。

與沒(méi)有驅動(dòng)器源極引腳的TO-247N封裝產(chǎn)品（淺藍色虛線(xiàn)）相比，有驅動(dòng)器源極引腳的TO-247-4L封裝產(chǎn)品（紅色虛線(xiàn)）和TO-263-7L封裝產(chǎn)品（綠色虛線(xiàn)）導通時(shí)的ID上升速度更快。通過(guò)比較，可以看出TO-247N封裝產(chǎn)品（淺藍色線(xiàn)）的開(kāi)關(guān)損耗為 2742μJ，而TO-247-4L封裝產(chǎn)品（紅色線(xiàn)）為1690μJ，開(kāi)關(guān)損耗減少約38%；TO-263-7L封裝產(chǎn)品（綠線(xiàn)）為 2083μJ，開(kāi)關(guān)損耗減少24%，減幅顯著(zhù)。

通過(guò)導通波形可以確認，TO-247-4L的ID峰值達到了80A，比TO-247N大23A。這是因為，盡管在MOSFET的開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中對COSS的充放電能量是恒定的，但由于驅動(dòng)器源極引腳可提高開(kāi)關(guān)速度，所以充放電時(shí)間縮短，最終導致充電電流的峰值變大。雖然HS側MOSFET的誤啟動(dòng)也會(huì )導致峰值電流增加，但這不是誤啟動(dòng)造成的。

TO-263-7L的ID峰值為60A，不如TO-247-4L的大。這是由于換流側MOSFET（HS）的封裝電感不同造成的，與后續會(huì )介紹的關(guān)斷浪涌的差異成因一樣。也就是說(shuō)，由dID/dt產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)側（LS）和換流側MOSFET的總封裝電感引起的電動(dòng)勢，會(huì )將開(kāi)關(guān)側MOSFET的VDS壓低，并使開(kāi)關(guān)側MOSFET的COSS中積蓄的能量被釋放，但TO-263-7L的放電電流很小，導通時(shí)的ID峰值也很小。

此外，導通時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗EON也是由于相同的原因，TO-247-4L封裝產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)側MOSFET的VDS被壓低，最終使開(kāi)關(guān)損耗EON降低。

但是，如果TO-247-4L和TO-263-7L沒(méi)有采取誤啟動(dòng)對策，發(fā)生誤啟動(dòng)時(shí)導通電流的峰值可能會(huì )進(jìn)一步增加，因此建議務(wù)必采取誤啟動(dòng)對策，比如在米勒鉗位電路或柵極-源極之間連接幾nF的電容。如果希望進(jìn)一步了解詳細信息，請參考應用指南中的“SiC-MOSFET 柵極-源極電壓的浪涌抑制方法”。

接下來(lái)是關(guān)斷時(shí)的波形?？梢钥闯?，TO-247N封裝產(chǎn)品（淺藍色實(shí)線(xiàn)）的開(kāi)關(guān)損耗為2093μJ，TO-247-4L封裝產(chǎn)品（紅色實(shí)線(xiàn)）為1462μJ，開(kāi)關(guān)損耗降低約30%，TO-263-7L封裝產(chǎn)品（綠色實(shí)線(xiàn)）為1488μJ，開(kāi)關(guān)損耗降低約29%，即使降幅沒(méi)有導通時(shí)那么大，也已經(jīng)是很大的改善。

關(guān)斷時(shí)在VDS中觀(guān)測到的關(guān)斷浪涌的主要起因是主電路的總寄生電感。它是前面給出的雙脈沖測試電路中的布線(xiàn)電感LMAIN與開(kāi)關(guān)側和換流側MOSFET的封裝電感（LDRAIN+LSOURCE）的合計值。因此，對于封裝電感幾乎相同的TO-247-4L（紅色實(shí)線(xiàn)）和TO-247N（淺藍色實(shí)線(xiàn)）而言，浪涌會(huì )隨著(zhù)dID/dt速度的升高而增加。在該測試中，TO-247-4L為1009V，比TO-247N的890V大119V，因此可能需要采取緩沖電路等浪涌對策。

同為帶有驅動(dòng)器源極引腳的產(chǎn)品，TO-263-7L（綠色實(shí)線(xiàn)）的浪涌比TO-247-4L（紅色實(shí)線(xiàn)）小，是因為封裝結構不同。TO-263-7L的漏極被分配到封裝背面的散熱片，并被直接焊接在PCB上。另外，由于源極引腳被分配給7個(gè)引腳中的5個(gè)引腳，因此封裝電感小于TO-247-4L。請注意，開(kāi)關(guān)側的浪涌會(huì )隨著(zhù)換流側（而非開(kāi)關(guān)側）封裝電感的減小而變小。

關(guān)于開(kāi)關(guān)損耗的比較信息匯總如下：

條件：VDS=800V、ID=50A、RG_EXT＝10Ω