R课堂 | 漏极和源极之间产生的浪涌
本文的关键要点
・漏极和源极间的浪涌是由各种电感分量和mosfet寄生电容的谐振引起的。
・在实际的版图设计中，很多情况下无法设计出可将线路电感降至最低的布局，此时，尽可能在开关器件的附近配备缓冲电路来降低线路电感，这是非常重要的。
首先，为您介绍sic mosfet功率转换电路中，发生在漏极和源极之间的浪涌。
· 漏极和源极之间产生的浪涌
· 缓冲电路的种类和选择
· c缓冲电路的设计
· rc缓冲电路的设计
· 放电型rcd缓冲电路的设计
· 非放电型rcd缓冲电路的设计
· 封装引起的浪涌差异
sic mosfet的漏极
和源极之间产生的浪涌
开关导通时，线路和电路板版图的电感之中会直接积蓄电能（电流能量）。当该能量与开关器件的寄生电容发生谐振时，就会在漏极和源极之间产生浪涌。下面将利用图1来说明发生浪涌时的振铃电流的路径。这是一个桥式结构，在high side（以下简称hs）和low side（以下简称ls）之间连接了一个开关器件，该图是ls导通，电路中存在开关电流imain的情形。通常，该imain从vsw流入，通过线路电感lmain流动。
图1：产生关断浪涌时的振铃电流路径
接下来，ls关断时，流向lmain的imain一般是通过连在输入电源hvdc和pgnd之间的大容量电容cdclink，经由hs和ls的寄生电容，按照虚线所示路径流动。此时，在ls的漏极和源极之间，lmain和sic mosfet的寄生电容coss（cds+cdg）就会产生谐振现象，漏极和源极之间就会产生浪涌。如果用vds_surge表示施加在hvdc引脚的电压，用roff表示mosfet关断时的电阻，则该浪涌的最大值vhvdc可以用下述公式表示（*1）。
图2是使用sic mosfet sct2080ke进行测试时关断时的浪涌波形。当给hvdc施加800v的电压时，可以算出vds_surge为961v，振铃频率约为33mhz。利用公式（1），根据该波形，可以算出lmain约为110nh。
图2：关断浪涌波形
再接下来，增加一个图3所示的缓冲电路csnb，实质性地去掉lmain后，其关断浪涌的波形如图4所示。
图3：c缓冲电路
图4：通过c缓冲电路降低关断浪涌
可以看到，增加该csnb之后，浪涌电压降低50v以上（约901v），振铃频率也变得更高，达到44.6mhz，而且包括csnb在内，整个电路中的lmain变得更小。
同样，利用公式（1）计算lmain，其结果由原来的110nh左右降低至71nh左右。原本，最好是在进行版图设计时，将线路电感控制在最低水平。但是，在实际设计过程中，往往会优先考虑器件的散热设计，所以线路并不一定能够按照理想进行设计。
在这种情况下，其对策方案之一就是尽可能在开关器件附近配置缓冲电路，使之形成旁路电路。这样既可以将线路电感这一引发浪涌的根源降至最低，还可以吸收已经降至最低的线路电感中积蓄的能量。然后，通过对开关器件的电压进行钳制，就可以降低关断浪涌。
*1：“开关转换器基础”p95-p107，p95～p107 作者：原田耕介、二宫保、顾文建，出版社：corona publishing co., ltd. 1992年2月
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漏极和源极之间产生的浪涌
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· sic mosfet：缓冲电路设计方法 —总结—
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原文标题：r课堂 | 漏极和源极之间产生的浪涌
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接下来，ls关断时，流向lmain的imain一般是通过连在输入电源hvdc和pgnd之间的大容量电容cdclink，经由hs和ls的寄生电容，按照虚线所示路径流动。此时，在ls的漏极和源极之间，lmain和sic mosfet的寄生电容coss（cds+cdg）就会产生谐振现象，漏极和源极之间就会产生浪涌。如果用vds_surge表示施加在hvdc引脚的电压，用roff表示mosfet关断时的电阻，则该浪涌的最大值vhvdc可以用下述公式表示（*1）。
图2是使用sic mosfet sct2080ke进行测试时关断时的浪涌波形。当给hvdc施加800v的电压时，可以算出vds_surge为961v，振铃频率约为33mhz。利用公式（1），根据该波形，可以算出lmain约为110nh。
图2：关断浪涌波形
再接下来，增加一个图3所示的缓冲电路csnb，实质性地去掉lmain后，其关断浪涌的波形如图4所示。
图3：c缓冲电路
图4：通过c缓冲电路降低关断浪涌
可以看到，增加该csnb之后，浪涌电压降低50v以上（约901v），振铃频率也变得更高，达到44.6mhz，而且包括csnb在内，整个电路中的lmain变得更小。
同样，利用公式（1）计算lmain，其结果由原来的110nh左右降低至71nh左右。原本，最好是在进行版图设计时，将线路电感控制在最低水平。但是，在实际设计过程中，往往会优先考虑器件的散热设计，所以线路并不一定能够按照理想进行设计。
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*1：“开关转换器基础”p95-p107，p95～p107 作者：原田耕介、二宫保、顾文建，出版社：corona publishing co., ltd. 1992年2月
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