AMEYA360代理丨ROHM 实战篇：通过驱动器源极引脚改善开关损耗—传统的MOSFET驱动方法

发布时间：2026-10-27 14:10
作者：AMEYA360
来源：ROHM , ROHM Semiconductor , Ameya360
阅读量：156

　　MOSFET和IGBT等功率开关器件被广泛应用于各种功率转换应用中。需要尽可能地降低MOSFET和IGBT等开关器件产生的开关损耗和传导损耗，但不同的应用其降低损耗的方法也不尽相同。

　　近年来，出现了一种可以改善损耗的方法，那就是带有驱动器源极引脚(所谓的开尔文源极引脚)的新封装。在“通过驱动器源极引脚改善开关损耗”系列文章中，将为您介绍功率开关产品封装具有驱动器源极引脚的效果以及使用注意事项。

　　传统的MOSFET驱动方法

　　MOSFET和IGBT等电源开关器件被广泛应用于各种电源应用和电源线路中。需要尽可能地降低这种开关器件产生的开关损耗和传导损耗，但不同的应用其降低损耗的方法也不尽相同。近年来，发现有一种方法可以改善MOSFET和IGBT等的开关损耗问题，那就是带有驱动器源极引脚(所谓的开尔文源极引脚)的新封装。在本文——“通过驱动器源极引脚改善开关损耗”中，将介绍功率开关产品具有驱动器源极引脚的效果以及使用注意事项。

　　传统的MOSFET驱动方法

　　为了便于对驱动器源极引脚进行说明，我们先来了解一下传统的MOSFET驱动方法。

　　MOSFET通常为电压驱动型，通过开/关栅极引脚的电压来控制开关工作。下面是传统TO-247N封装(3引脚)MOSFET的常见栅极驱动电路示例。

AMEYA360代理丨ROHM 实战篇：通过驱动器源极引脚改善开关损耗—传统的MOSFET驱动方法

　　驱动电源VG和MOSFET的栅极引脚Gate之间连接外置电阻RG_EXT，用来控制开关速度，但驱动电路中含有PCB版图的电感LTRACE和MOSFET源极引脚Source的封装电感LSOURCE，因此这个参数是需要好好考虑的重要项目。栅极引脚的封装电感包含在LTRACE中，而漏极引脚Drain的电感LDRAIN不包含在栅极驱动电路中，因此在这里省略。

　　由于该驱动电路的具体工作是很基本的而且是常见的，因此在此省略相应的介绍，但需要注意的是，由于流过漏极和源极间的漏极电流ID的变化，LSOURCE中会产生电动势VLSOURCE，这一点在以往的开关速度下很容易被忽略。下面是驱动电路的开关工作中的电压施加情况：

AMEYA360代理丨ROHM 实战篇：通过驱动器源极引脚改善开关损耗—传统的MOSFET驱动方法

　　MOSFET被施加VG并导通后，ID増加，LSOURCE沿图中(I)的方向产生VLSOURCE。另一方面，由于电流IG流入栅极引脚，因此在RG_EXT上会产生压降VRG_EXT(I)。这些电压包含在导通时的驱动电路网中，如公式(1)所示，它们使MOSFET的导通动作所需的芯片上的电压VGS_INT减少，最终导致导通速度下降。LTRACE也会产生电动势，但因其非常小而在此省略。

AMEYA360代理丨ROHM 实战篇：通过驱动器源极引脚改善开关损耗—传统的MOSFET驱动方法

　　关断时也是同样的原理，由于公式(1)中的IG和dID/dt为负，因此使RG_EXT和LSOURCE电压上升(II)，VSG_INT增加，导致关断速度下降。

　　一般来讲，电源开关元器件的LSOURCE为几nH到十几nH，加上当dID/dt达到几A/ns时可能会产生10V以上的VLSOURCE，这些将对MOSFET开关工作产生很大的影响。

　　驱动器源极引脚是通过消除VLSOURCE的影响来改善MOSFET开关速度的。

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　　从本文开始，我们将进入SiC功率元器件基础知识应用篇的第一弹“SiC MOSFET：桥式结构中栅极-源极间电压的动作”。　　前言　　MOSFET和IGBT等电源开关元器件被广泛应用于各种电源应用和电源线路中。另外，所使用的电路方式也多种多样，除单独使用外，还有串联连接、并联连接等多种使用方法。　　其中，在将开关元件上下串联连接的桥式结构中，通常交替地导通与关断各个元器件。下面是常规的桥式结构同步方式boost电路，波形图是根据栅极信号交替地导通/关断的低边(LS)MOSFET和高边(HS)MOSFET的漏极-源极间电压(VDS)和漏极电流(ID)示例。　　通过开关工作，流过各元件的电流和变化的电压以复杂的方式相互影响。尤其是在处理高电压高电流的电路中，受安装电路板和结线引起的寄生分量等影响，产生电压和电流的动作，并因此导致工作不稳定、效率下降，从而可能导致损耗增加、产生异常发热等问题。　　近年来，SiC MOSFET等高性能功率元器件的应用，使得通过高速开关转换大功率成为可能，但在操作过程中，需要对开关工作有深入的了解。　　在探讨“SiC MOSFET：桥式结构中Gate-Source电压的动作”时，本文先对SiC MOSFET的桥式结构和工作进行介绍，这也是这个主题的前提。　　SiC MOSFET的桥式结构　　下面给出的电路图是在桥式结构中使用SiC MOSFET时最简单的同步式boost电路。该电路中使用的SiC MOSFET的高边(HS)和低边(LS)是交替导通的，为了防止HS和LS同时导通，设置了两个SiC MOSFET均为OFF的死区时间。右下方的波形表示其门极信号(VG)时序。　　该电路中HS和LS MOSFET的Drain-Source电压(VDS)和漏极电流(ID)的波形示意图如下。这是电感L的电流处于连续动作状态，即所谓的硬开关状态的波形。　　横轴表示时间，时间范围Tk(k=1～8)的定义如下：　　T1： LS为ON时、MOSFET电流变化的时间段　　T2： LS为ON时、MOSFET电压变化的时间段　　T3： LS为ON时的时间段　　T4： LS为OFF时、MOSFET电压变化的时间段　　T5： LS为OFF时、MOSFET电流变化的时间段　　T4～T6： HS变为ON之前的死区时间　　T7： HS为ON的时间段(同步整流时间段)　　T8： HS为OFF时、LS变为ON之前的死区时间　　本文将针对SiC MOSFET桥式结构的栅极驱动电路及其导通(Turn-on)/关断( Turn-off)动作进行解说。　　SiC MOSFET桥式结构的栅极驱动电路　　LS(低边)侧SiC MOSFET Turn-on和Turn-off时的VDS和ID的变化方式不同。在探讨SiC MOSFET的这种变化对Gate-Source电压(VGS)带来的影响时,需要在包括SiC MOSFET的栅极驱动电路的寄生分量在内的等效电路基础上进行考量。　　右图是最基本的栅极驱动电路和SiC MOSFET的等效电路。栅极驱动电路中包括栅极信号(VG)、SiC MOSFET内部的栅极线路内阻(RG_INT)、以及SiC MOSFET的封装的源极电感量(LSOURCE)、栅极电路局部产生的电感量(LTRACE)和外加栅极电阻(RG_INT)。　　关于各电压和电流的极性，需要在等效电路图中，以栅极电流(IG)和漏极电流(ID)所示的方向为正，以源极引脚为基准来定义VGS和VDS。　　SiC MOSFET内部的栅极线路中也存在电感量，但由于它比LTRACE小，因此在此忽略不计。　　导通(Turn-on)/关断( Turn-off)动作　　为了理解桥式电路的Turn-on / Turn-off动作，下面对上一篇文章中提到的桥式电路中各SiC MOSFET的电压和电流波形进行详细说明。下面的波形图与上次的波形图是相同的。我们和前面的等效电路图结合起来进行说明。　　当正的VG被施加给LS侧栅极信号以使LS侧ON时，Gate-Source间电容(CGS)开始充电，VGS上升，当达到SiC MOSFET的栅极阈值电压(VGS(th))以上时， LS的ID开始流动，同时从源极流向漏极方向的HS侧ID开始减少。这个时间范围就是前一篇文章中定义的T1(见波形图最下方)。　　接下来，当HS侧的ID变为零、寄生二极管 Turn-off时，与中间点的电压(VSW)开始下降的同时，将对HS侧的Drain-Source间电容(CDS)及Drain-Gate间电容(CGD)进行充电(波形图T2)。对该HS侧的CDS+CGD充电(LS侧放电)完成后，当LS侧的VGS达到指定的电压值，LS侧的 Turn-on动作完成。　　而Turn-off动作则在LS侧VG OFF时开始，LS侧的CGS蓄积的电荷开始放电，当达到SiC MOSFET的平台电压(进入米勒效应区)时，LS侧的VDS开始上升，同时VSW上升。　　在这个时间点，大部分负载电流仍在LS侧流动(波形图T4)，HS侧的寄生二极管还没有转流电流。LS侧的CDS+CGD充电(HS侧为放电)完成时，VSW超过输入电压(E)，HS侧的寄生二极管Turn-on，LS侧的ID开始转向HS侧流动(波形图T5)。　　LS侧的ID最终变为零，进入死区时间(波形图T6)，当正的VG被印加给HS侧MOSFET的栅极信号时Turn-on，进入同步工作时间(波形图T7)。　　在这一系列的开关工作中，HS侧和LS侧MOSFET的VDS和ID变化导致的各种栅极电流流动，造成了与施加信号VG不同的VGS变化。具体内容将在下一篇文章进行详细说明。　　AMEYA360优势料号　　SCT4018KRC15：　　1200V, 18mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET　　SCT4026DLLTRDC：　　750V, 61A, 9引脚SMD，沟槽结构，碳化硅(SiC) MOSFET　　SCT4036DLLTRDC：　　750V, 46A, 9引脚SMD, 沟槽结构, SiC(碳化硅)MOSFET　　SCT4045DLLTRDC：　　750V, 37A, 9引脚SMD，沟槽结构，SiC(碳化硅)MOSFET　　SCT4036KRC15：　　1200V, 36mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET　　AMEYA360作为ROHM官方授权代理商，可提供上述全系列SiC器件的选型参考、样品申请、现货供应及配套技术支持，助力工程师快速完成SiC方案评估与落地。欢迎联系Ameya获取更多ROHM SiC产品信息与支持。
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AMEYA360代理丨ROHM SiC核心器件篇：SiC-MOSFET－体二极管的特性
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AMEYA360代理丨ROHM SiC核心器件篇：SiC-MOSFET－体二极管的特性

　　上一章介绍了与IGBT的区别。本章将对SiC-MOSFET的体二极管的正向特性与反向恢复特性进行说明。　　如图所示，MOSFET(不局限于SiC-MOSFET)在漏极-源极间存在体二极管。从MOSFET的结构上讲，体二极管是由源极-漏极间的pn结形成的，也被称为“寄生二极管”或“内部二极管”。对于MOSFET来说，体二极管的性能是重要的参数之一，在应用中使用时，其性能发挥着至关重要的作用。　　SiC-MOSFET体二极管的正向特性　　下图表示SiC-MOSFET的Vds-Id特性。在SiC-MOSFET中，以源极为基准向漏极施加负电压，体二极管为正向偏置状态。该图中Vgs=0V的绿色曲线基本上表示出体二极管的Vf特性，。Vgs为0V即MOSFET在关断状态下，没有通道电流，因此该条件下的Vd-Id特性可以说是体二极管的Vf-If特性。如“ROHM SiC基础篇：为何SiC能成为新能源主力器件?”中“何谓碳化硅”中提到的，SiC的带隙更宽，Vf比Si-MOSFET大得多。　　而在给栅极-源极间施加18V电压、SiC-MOSFET导通的条件下，电阻更小的通道部分(而非体二极管部分)流过的电流占支配低位。为方便从结构角度理解各种状态，下面还给出了MOSFET的截面图。　　SiC-MOSFET体二极管的反向恢复特性　　MOSFET体二极管的另一个重要特性是反向恢复时间(trr)。trr是二极管开关特性相关的重要参数这一点在SiC肖特基势垒二极管一文中也已说明过。不言而喻，MOSFET的体二极管是具有pn结的二极管，因而存在反向恢复现象，其特性表现为反向恢复时间(trr)。下面是1000V耐压的Si-MOSFET和SiC-MOSFET SCT2080KE的trr特性比较。　　如图所示，示例的Si-MOSFET的trr较慢，流过较大的Irr。而SiC-MOSFET SCT2080KE的体二极管速度则非常快。trr、Irr均为几乎可忽略的水平，恢复损耗Err已经大幅降低。　　AMEYA36优势料号　　SCT4018KRC15：　　1200V, 18mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET　　SCT4026DLLTRDC：　　750V, 61A, 9引脚SMD，沟槽结构，碳化硅(SiC) MOSFET　　SCT4036DLLTRDC：　　750V, 46A, 9引脚SMD, 沟槽结构, SiC(碳化硅)MOSFET　　SCT4045DLLTRDC：　　750V, 37A, 9引脚SMD，沟槽结构，SiC(碳化硅)MOSFET　　SCT4036KRC15：　　1200V, 36mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET　　AMEYA360作为ROHM官方授权代理商，可提供上述全系列SiC器件的选型参考、样品申请、现货供应及配套技术支持，助力工程师快速完成SiC方案评估与落地。欢迎联系Ameya获取更多ROHM SiC产品信息与支持。
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