400-852-1788
咨询热线 - 仪器帮帮
文章详情

【产品应用】测都测不对!何谈抑制 SiC MOSFET Crosstalk( 串扰 ) ? 泰克TEKTRONIX提供解决方法

测都测不对!何谈抑制 SiC MOSFET Crosstalk( 串扰 ) ?泰克TEKTRONIX提供解决方法


SiC MOSFET被使用在桥式电路时,电源工程师需要提起十二分精神来面对一个棘手的难题,一旦处理不好就有可能导致炸机,它就是 - Crosstalk(串扰)。Crosstalk 的基本原理用一句话概括就是:在半桥电路中,动作管开关动作产生的dV/dt 通过其对管 Crss(反向电容)产生位移电流并上拉或下拉原本为关断电平的对管驱动电压。


测图1.png

图1


测图2.png

图2


在图1中的半桥电路中,动作管为下管S1,施加在上管S2的为关断驱动信号,其体二极管处于续 流状态。当S1进行开通时,其端电压VDS1下降,则 S2 开始承受反向电压,其两端的电压VDS2 以dV/dt的速度快速上升。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 的驱动回路,对CGS充电,并在RG上产生压降。最终导致的结果就是S2 的驱动电压被向上拉起,出现一个正向的尖峰,如果超过S2 的Vth,则会导致误导通,轻则增加损耗,重则桥臂短路发生炸机。我们将这一过程称为正向Crosstalk。在图2中,S1依旧为动作管,只是这次它进行的是关断。此时整个过程与正向 Crosstalk 原理。


测图3.png

图3


测图4.png

图4


一样,只是电压和电流的变换方向相反,最终S2 的驱动电压被向下拽,出现一个反向的尖峰。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 的寿命或直接将其栅极击穿。我们将这一过程称为负向Crosstalk。其实无论是 Si MOSFET 还是 IGBT 都存在   Crosstalk 的问题, 并不是SiC MOSFET 特有的。 但是SiC MOSFET 开关速度更快、Vth 偏小(一   般在2.5V-4.5V) 、栅极耐压能力较弱,这就使   得 Crosstalk 对 SiC MOSFET 而言后果更加严重、处理起来更加困难。为了抑制Crosstalk,首先要做到的是测得准确的Crosstalk 波形。但由于以下两大原因,使得工程师往往获得是错误的波形, 常常导致一通操作猛如虎,实际效果两毛五。

原因一:寄生参数影响

在刚才讲解 Crosstalk 原理的时候,为了表达简洁,图1和图3中所给出的电路图是进行简化后的。当考虑很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 片上实际的驱动电压为VGS ,而我们使用电压探头获得的是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 和寄生电感 L上的压降VL。导致这种情况发生的原因是电压探头无法直接接在SiC MOSFET 的芯片上,只能接在器件封装的引脚上,则RG(int) 和L都在测量点之间。


测图5.png

图5


测图6.png

图6


测图7.png

图7


通过仿真结果可以看到,通过电压探头测量得到的Crosstalk 波形都比实际发生的Crosstalk   偏低,这就是说,由于寄生参数的影响,Crosstalk的严重程度被低估了。这就会导致以下两种情况:一是通过测量结果判断Crosstalk在可接受范围内,然而实际已经发生误导通;二是工程师费了很大功夫,看似将Crosstalk 制住了,实际还差很远。由于 RG(int)L无法避免,也就是这种测量误差无法被消除,那么电源工程师在使用 SiC MOSFET时就需要为Crosstalk留出足够的裕量。同时,测量结果与真实 Crosstalk 之间的差别会随着 RG(int)L的增大而增大,这就启示我们可以选择 RG(int) SiC MOSFET,同时在进行测量时尽量将探头接在器件引脚的根部,这样就可以尽量缩小误差。

原因二:未使用合适的电压探头

在进行电源调试时,往往使用的是高压差分探头测量电压信号,其测量范围广、差分输入、高阻抗的特点深受电源工程是的喜爱。但在测量Crosstalk 波形时差分探头就不再适用了。 首 先 Crosstalk 的幅度范围在 ±10V以内,高压差分探头的衰减倍数大,这就导致测量误差大、噪声大。其次,高压差分探头前端的测量线很长,相当于一个天线,会接收到 SiC MOSFET 开关过程中快速变化的电流产生的干扰信号,从而影响测量结果。最后,高压差分探头前端的测量线可以看做是电感,容易使得测量结果中出现本不存在的震荡。


测图8.png


8 泰克高压差分探头


从下边的实测结果中可以看到,使用高压差分探头测量得到的 Crosstalk 波形显得很粗,同时其震荡幅度很高,正向Crosstalk峰已经超过SiC MOSFET 的Vth(3.5V),然而此时并未发生误导通,说明这样的测试结果是有问题的,同时负向Crosstalk 尖峰也已经超过了SiC MOSFET 栅极耐压极限(-10V)。而当使用隔离探头得到的Crosstalk


波形与使用高压差分探头的波形有着明显的区别,波形线条变细了,同时正向和负向Crosstalk 尖峰都在可接受范围之内。这主要得益于光隔离探头可以选择更小的衰减倍数,同时其探头前段与器件的连接可实现最小环路连接。

测图9.png

图9

测图10.png

图10



以上是测量下管Crosstalk 的波形,那么当我们需要测量上管Crosstalk 的时候,情况又会如何呢。从下边的实测波形可以看出,使用高压差分探头得到的波形更加离谱了,其震荡的幅度超过了正向10V 反向20V,而使用光隔离探头测得的波形依然在可接受范围之内,这主要得益于光隔离探头极佳的高频共模抑制比。由此可见,高压差分探头并不合适用于测量Crosstalk,得到错误的波形会对电路设计造成误导,浪费工程师的时间和精力。而选择光隔离探头可以获得准确的波形,无论是测量下管还是上管,都有非常优异的表现。


测图11.png

图11


测图12.png

图12


测图.png





页脚图.png

文章版权属于泰克科技所有



服务全球
仪器帮帮热线 400-852-1788

联系我们
公司名称:深圳市零式未来科技有限公司
公司地址:深圳市宝安区沙井街道上星南路万科星宸大厦1栋1706-1707
公司电话:4008521788
|
|
|
|
|
|
|
关注官网公众号
了解更多小知识
 
 
 联系方式
咨询-仪器帮帮:400-852-1788
在线客服系统