SiC MOSFET：桥式结构中栅极-源极间电压的动作-低边开关导通时的Gate-Source间电压的动作
上一篇文章中，简单介绍了sic mosfet桥式结构中栅极驱动电路的开关工作带来的vds和id的变化所产生的电流和电压情况。本文将详细介绍sic mosfet在ls导通时的动作情况。
sic mosfet低边开关导通时的gate-source间电压的动作
当sic mosfet的ls导通时，首先id会变化（下述波形示意图t1）。此时ls的id沿增加方向、hs的id沿减少方向流动，受下述等效电路图中所示的事件(i)影响，在图中所示的极性产生公式（1）的电动势。公式（1）与上一篇文章中使用的公式相同。该电动势引起的电流将源极侧作为正极对cgs进行充电，因此在ls会将vgs向下推，在hs会将vgs向负极侧拉，使之产生负浪涌（波形示意图vgs的t1）。
当id的变化结束时，ls的vds的电位降低（波形示意图t2）。所以，公式（2）中的电流就像等效电路图中的(ii)-1、(ii)-2那样流动，并且vgs会分别引发下列公式（3）、（4）中的电压上升。
vds刚刚开始变化后，公式（3）的vgs上升为主，随着时间的推移，公式（4）的vgs也开始上升。也就是说，mosfet的cgd/cgs比、驱动电路的rg_ext、栅极驱动信号图形布线的电感值ltrace具有很大影响。
如等效电路图所示，hs中的(ii)-2的电流icgd2处于vgs提升方向。因此，本来应该处于off状态的hs因vgs的提升而开始了导通工作。这种现象称为“误启动”。当hs发生误启动时，就会与ls的导通工作重叠，致使hs和ls的mosfet同时导通，从而引发直通电流。
icgd2会持续流动到ls的导通工作结束，并被积蓄在ltrace中，但会在vsw变化结束的时间点消失，ltrace产生电动势。这就是事件(iii)。受rg_ext等开关条件影响，icgd2可能会达到几安培，并且该电动势可能会增加。
受上述事件(i)、(ii)、(iii)的影响，ls导通后的gate-source电压呈现出波形示意图中所示的动作。波形示意图和等效电路图的相同编号表示同一事件。另外，图中vgs的虚线波形表示理想的波形。
外置栅极电阻的影响
下面是sic mosfet桥式结构的ls导通时的双脉冲测试结果。（a）波形图的外置栅极电阻rg_ext为0ω，（b）为10ω。图中的(i)、(ii)、(iii)同前面相应编号的事件。
比较(a)和(b)的波形可以看出，rg_ext越小，由事件(i)引起的vgs下降就越大。此外，由于开关速度非常快，因此事件(iii)在(a)中很突出；但由于rg_ext为0ω，因此几乎没有观察到事件(ii)的波形。另一方面，在(b)中，事件(ii)-2和rg_ext引起的vgs升程明显。
从该结果可以清楚地看出，要想降低诱发ls导通时hs误启动的事件(ii)-2的vgs升程，就需要减小hs关断时的外置栅极电阻rg_ext。然而，多数情况下，hs和ls的rg_ext是相同的，因此，当减小rg_ext时，ls的dvds/dt将增加，如公式（1）所示，hs的icgd会增加。从公式（4）可以看出，结果会导致hs浪涌升高。
有一种对策方法是，使导通时和关断时的rg_ext分离，并且仅减小关断时的rg_ext。常规方法是使用二极管的方法，如右图所示。使用这种方法，在导通状态下工作的电阻只有rg_on，而在关断状态下，二极管导通并成为rg_on和rg_off的并联电阻。因此，相对于导通时的电阻值，关断时的电阻值变小。
另外，与最前面说明中使用的波形示意图不同，hs的vgs波形之所以在紧靠事件(i)之前的位置向正极侧振荡，是因为事件(i)的电流开始流动的瞬间lsource引起的电动势在通过cgs后立即被观测到了。
下一篇文章将介绍ls关断时的动作情况。
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如等效电路图所示，hs中的(ii)-2的电流icgd2处于vgs提升方向。因此，本来应该处于off状态的hs因vgs的提升而开始了导通工作。这种现象称为“误启动”。当hs发生误启动时，就会与ls的导通工作重叠，致使hs和ls的mosfet同时导通，从而引发直通电流。
icgd2会持续流动到ls的导通工作结束，并被积蓄在ltrace中，但会在vsw变化结束的时间点消失，ltrace产生电动势。这就是事件(iii)。受rg_ext等开关条件影响，icgd2可能会达到几安培，并且该电动势可能会增加。
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比较(a)和(b)的波形可以看出，rg_ext越小，由事件(i)引起的vgs下降就越大。此外，由于开关速度非常快，因此事件(iii)在(a)中很突出；但由于rg_ext为0ω，因此几乎没有观察到事件(ii)的波形。另一方面，在(b)中，事件(ii)-2和rg_ext引起的vgs升程明显。
从该结果可以清楚地看出，要想降低诱发ls导通时hs误启动的事件(ii)-2的vgs升程，就需要减小hs关断时的外置栅极电阻rg_ext。然而，多数情况下，hs和ls的rg_ext是相同的，因此，当减小rg_ext时，ls的dvds/dt将增加，如公式（1）所示，hs的icgd会增加。从公式（4）可以看出，结果会导致hs浪涌升高。
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