柵極-源極電壓產生的浪涌

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2024-05-10 14:00:13 971

柵極-源極電壓產生的浪涌是指在功率半導體器件（如MOSFET和IGBT）工作時，由于電壓和電流的變化導致柵極和源極之間出現的意外、瞬時的電壓波動現象。這種現象通常會在開關操作時出現，特別是在高速開關過程中更為顯著。

在近年來的電源應用和電力線路中，SiC MOSFET的應用速度與日俱增，其工作速度非常快。這導致開關時的電壓和電流的變化已經無法忽略SiC MOSFET本身的封裝電感和外圍電路的布線電感的影響。特別是柵極-源極間電壓，當SiC MOSFET本身的電壓和電流發生變化時，可能會發生意想不到的正浪涌或負浪涌，需要采取對策來應對這種情況。

在本文中，我們將對應對柵極-源極電壓浪涌的措施進行探討，并為相關問題提供解決方案。

什么是柵極－源極電壓產生的浪涌？

在下方所示的電路圖中，展示了一種在橋式結構中使用SiC MOSFET時*簡單的同步升壓（Boost）電路。在這個電路中，高邊（HS）SiC MOSFET與低邊（LS）SiC MOSFET的開關同步進行開關。具體來說，當LS導通時，HS關斷，而當LS關斷時，HS導通，這樣交替導通和關斷。

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由于這種開關工作方式，受到開關側LS電壓和電流變化的影響，不僅在開關側的LS會產生浪涌，同步側的HS也會產生浪涌。

下面的波形圖表示該電路中LS導通時和關斷時的漏極－源極電壓（VDS）和漏極電流（ID）的波形，以及柵極－源極電壓（VGS）的動作。橫軸表示時間，時間范圍Tk（k=1～8）的定義如下：

T1: LS導通、SiC MOSFET電流變化期間
T2: LS導通、SiC MOSFET電壓變化期間
T3: LS導通期間
T4: LS關斷、SiC MOSFET電壓變化期間
T5: LS關斷、SiC MOSFET電流變化期間
T4～T6: HS導通之前的死區時間
T7: HS導通期間（同步整流期間）
T8: HS關斷、LS導通之前的死區時間

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在柵極－源極電壓VGS中，發生箭頭所指的事件（I）～（IV）。每條虛線是沒有浪涌的原始波形。這些事件是由以下因素引起的：

事件(I)、(VI) → 漏極電流的變化（dID/dt）
事件(II)、(IV) →漏極－源極電壓的變化（dVDS/dt）
事件(III)、(V) →漏極－源極電壓的變化結束

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