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如何抑制SiC MOSFET Crosstalk(串扰)?

Crosstalk(串扰)

图1

在图1的半桥电路中,动作管为下管S一、上管施加S二是关闭驱动信号,二极管处于续流状态。当S1开启时端电压VDS1下降,则S2开始承受反向电压,两端的电压VDS2以dV/dt速度快速上升。那么dV/dt就会通过S2的Crss产生位移电流Irss=Crss*dV/dt,Irss会流入S2的驱动电路,是的CGS充电,并在RG产生压降。最终的结果是S如果超过2的驱动电压被向上拉起,就会出现正向峰值。S2的Vth,它会导致误导,从损失增加到桥臂短路爆炸。我们将这一过程称为正向Crosstalk。

图2

S1仍然是动作管,但这次它关闭了。此时整个过程和正向Crosstalk原理相同,但电压和电流的转换方向相反,最终S2.驱动电压向下拉,出现反向峰值。我们都知道SiC MOSFET栅极耐压能力很差,负向的尖峰会对其栅极造成损伤,影响SiC MOSFET使用寿命或直接击穿其栅极。我们称这个过程为负向Crosstalk。

图3

图4

其实无论是Si MOSFET还是IGBT都存在Crosstalk问题不是SiC MOSFET独特的SiC MOSFET开关速度更快,Vth小(一般在2.5V-4.5V)、栅极耐压能力较弱,这就使得Crosstalk对SiC MOSFET后果更严重,更难处理。

为了抑制Crosstalk,首先要做的是准确测量。Crosstalk波形。但由于以下两个原因,工程师往往会得到错误的波形,往往会导致操作猛如虎,实际效果是两毛五。

原因1:影响寄生参数

在刚才讲解Crosstalk在原理上,为了表达简洁,图1和图3中给出的电路图被简化。在考虑了许多存在的寄生参数后,我们得到图5中给出的等效电路。SiC MOSFET芯片上的实际驱动电压是VGS,我们用电压探头得到的是VGS-M。两者的区别是VGS-M不光包含了VGS,还包含了SiC MOSFET芯片栅极电阻RG(int)上的压降VRG以及寄生电感L上的压降VL。这种情况的原因是电压探头不能直接在那里SiC MOSFET芯片只能连接到设备包装的引脚上RG(int)和L都在测量点之间。

图5

通过模拟结果可以看出,通过电压探头测量得到的Crosstalk波形比实际发生更多Crosstalk也就是说,由于寄生参数的影响,Crosstalk被低估了。这将导致以下两种情况:一是通过测量结果判断Crosstalk然而,在可接受的范围内,实际上发生了误导;第二,工程师们花了很多精力,似乎Crosstalk抑制,其实还很远。由于RG(int)和L是不可避免的,也就是说,如果这个测量误差不能消除,电源工程师就会使用它SiC MOSFET时就需要为Crosstalk留出足够的余量。

同时,测量结果和真实性Crosstalk差异会随之而来RG(int)随着L的增加,我们可以选择RG(int)的SiC MOSFET,同时,测量时尽量将探头连接到设备引脚的根部,以尽量减少误差。

图6

图7

原因2:未使用适当的电压探头

在电源调试中,通常使用高压差探头来测量电压信号,其测量范围广、差输入、高阻抗特性深受电源工程的喜爱。

图为泰克高压差探头

但在测量Crosstalk波形时差探头不再适用。首先Crosstalk范围在±10V高压差高压差探头衰减倍数大,导致测量误差大,噪声大。其次,高压差探头前端的测量线很长,相当于天线,会接收到SiC MOSFET电流在开关过程中快速变化的干扰信号会影响测量结果。最后,高压差探头前端的测量线可视为电感,在测量结果中容易产生不存在的冲击。

从以下测量结果可以看出,采用高压差分探头进行测量Crosstalk波形看起来很粗,震荡幅度很高,正向Crosstalk已经超过了尖峰SiC MOSFET的Vth(3.5V),但此时没有误导通,说明这样的测试结果有问题,同时负向Crosstalk已经超过了尖峰SiC MOSFET-10V)。当使用光隔离探头获得时Crosstalk波形明显不同于使用高压差分探头的波形。波形线变薄,正负Crosstalk尖峰在可接受范围内。当使用光隔离探头获得时Crosstalk波形明显不同于使用高压差分探头的波形。波形线变薄,正负Crosstalk尖峰在可接受的范围内。这主要是因为光隔离探头可以选择较小的衰减倍数,探头前段与设备的连接可以实现最小的环路连接。

图8

图9

以上是下管的测量Crosstalk当我们需要测量上管的波形时,Crosstalk当情况发生时,会发生什么。从下面的测量波形可以看出,使用高压差探头获得的波形更离谱,其冲击范围超过正10V反向20V,光隔离探头测得的波形仍在可接受范围内,这主要是由于光隔离探头的优异高频共模抑制比。

图10

图11

图示为泰克ISOVu新一代光隔离探头

由此可见,高压差探头不适合测量Crosstalk,得到错误的波形会误导电路设计,浪费工程师的时间和精力。选择光隔离探头可以获得准确的波形,在测量下管和上管方面都有非常好的性能。

标签: mosfet做电阻

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