SiC MOSFET的橋式結(jié)構(gòu)

下面給出的電路圖是在橋式結(jié)構(gòu)中使用SiC MOSFET時(shí)最簡(jiǎn)單的同步式boost電路。該電路中使用的SiC MOSFET的高邊（HS）和低邊（LS）是交替導(dǎo)通的，為了防止HS和LS同時(shí)導(dǎo)通，設(shè)置了兩個(gè)SiC MOSFET均為OFF的死區(qū)時(shí)間。右下方的波形表示其門極信號(hào)（VG）時(shí)序。

該電路中HS和LS MOSFET的Drain-Source電壓（VDS）和漏極電流（ID）的波形示意圖如下。這是電感L的電流處于連續(xù)動(dòng)作狀態(tài)，即所謂的硬開關(guān)狀態(tài)的波形。

橫軸表示時(shí)間，時(shí)間范圍Tk（k=1～8）的定義如下：

T1： LS為ON時(shí)、MOSFET電流變化的時(shí)間段

T2： LS為ON時(shí)、MOSFET電壓變化的時(shí)間段

T3： LS為ON時(shí)的時(shí)間段

T4： LS為OFF時(shí)、MOSFET電壓變化的時(shí)間段

T5： LS為OFF時(shí)、MOSFET電流變化的時(shí)間段

T4～T6： HS變?yōu)镺N之前的死區(qū)時(shí)間

T7： HS為ON的時(shí)間段（同步整流時(shí)間段）

T8： HS為OFF時(shí)、LS變?yōu)镺N之前的死區(qū)時(shí)間

SiC MOSFET橋式結(jié)構(gòu)的柵極驅(qū)動(dòng)電路

LS（低邊）側(cè)SiC MOSFET Turn-on和Turn-off時(shí)的VDS和ID的變化方式不同。在探討SiC MOSFET的這種變化對(duì)Gate-Source電壓（VGS）帶來的影響時(shí),需要在包括SiC MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路的寄生分量在內(nèi)的等效電路基礎(chǔ)上進(jìn)行考量。

右圖是最基本的柵極驅(qū)動(dòng)電路和SiC MOSFET的等效電路。柵極驅(qū)動(dòng)電路中包括柵極信號(hào)（VG）、SiC MOSFET內(nèi)部的柵極線路內(nèi)阻（RG_INT）、以及SiC MOSFET的封裝的源極電感量（LSOURCE）、柵極電路局部產(chǎn)生的電感量（LTRACE）和外加?xùn)艠O電阻（RG_INT）。

關(guān)于各電壓和電流的極性，需要在等效電路圖中，以柵極電流（IG）和漏極電流（ID）所示的方向?yàn)檎?，以源極引腳為基準(zhǔn)來定義VGS和VDS。

SiC MOSFET內(nèi)部的柵極線路中也存在電感量，但由于它比LTRACE小，因此在此忽略不計(jì)。

導(dǎo)通(Turn-on)/關(guān)斷( Turn-off)動(dòng)作

為了理解橋式電路的Turn-on / Turn-off動(dòng)作，下面對(duì)上一篇文章中提到的橋式電路中各SiC MOSFET的電壓和電流波形進(jìn)行詳細(xì)說明。下面的波形圖與上次的波形圖是相同的。我們和前面的等效電路圖結(jié)合起來進(jìn)行說明。

當(dāng)正的VG被施加給LS側(cè)柵極信號(hào)以使LS側(cè)ON時(shí)，Gate-Source間電容（CGS）開始充電，VGS上升，當(dāng)達(dá)到SiC MOSFET的柵極閾值電壓（VGS(th)）以上時(shí)， LS的ID開始流動(dòng)，同時(shí)從源極流向漏極方向的HS側(cè)ID開始減少。這個(gè)時(shí)間范圍就是前一篇文章中定義的T1（見波形圖最下方）。

接下來，當(dāng)HS側(cè)的ID變?yōu)榱?、寄?a target="_blank">二極管 Turn-off時(shí)，與中間點(diǎn)的電壓（VSW）開始下降的同時(shí)，將對(duì)HS側(cè)的Drain-Source間電容（CDS）及Drain-Gate間電容（CGD）進(jìn)行充電（波形圖T2）。對(duì)該HS側(cè)的CDS＋CGD充電（LS側(cè)放電）完成后，當(dāng)LS側(cè)的VGS達(dá)到指定的電壓值，LS側(cè)的 Turn-on動(dòng)作完成。

而Turn-off動(dòng)作則在LS側(cè)VG OFF時(shí)開始，LS側(cè)的CGS蓄積的電荷開始放電，當(dāng)達(dá)到SiC MOSFET的平臺(tái)電壓（進(jìn)入米勒效應(yīng)區(qū)）時(shí)，LS側(cè)的VDS開始上升，同時(shí)VSW上升。

在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，大部分負(fù)載電流仍在LS側(cè)流動(dòng)（波形圖T4），HS側(cè)的寄生二極管還沒有轉(zhuǎn)流電流。LS側(cè)的CDS+CGD充電（HS側(cè)為放電）完成時(shí)，VSW超過輸入電壓（E），HS側(cè)的寄生二極管Turn-on，LS側(cè)的ID開始轉(zhuǎn)向HS側(cè)流動(dòng)（波形圖T5）。

LS側(cè)的ID最終變?yōu)榱悖M(jìn)入死區(qū)時(shí)間（波形圖T6），當(dāng)正的VG被印加給HS側(cè)MOSFET的柵極信號(hào)時(shí)Turn-on，進(jìn)入同步工作時(shí)間（波形圖T7）。

在這一系列的開關(guān)工作中，HS側(cè)和LS側(cè)MOSFET的VDS和ID變化導(dǎo)致的各種柵極電流流動(dòng)，造成了與施加信號(hào)VG不同的VGS變化。

審核編輯：郭婷