介绍由柯克巴顿
如何设计方法降低振荡和电压峰值在半导体开关吗?不必要的振荡和电压峰值在半导体开关可以带来严重的挑战和潜在的电子电路的整体操作妥协。振荡的发生可以产生高频噪声,进而可以干扰附近的电子元件的功能。这可能导致信号失真,降低信号质量,和其他相关问题影响电路的性能和可靠性。

电压峰值期间生成转换将会伤害到我们的半导体开关本身,以及其他电子设备连接。这样可能出现电压峰值开关开启或关闭时,或者当一个负载的开启或关闭。如果电压峰值的大小超过最大额定电压的开关,它可以导致失败。这个问题变得更加严重的水平提高开关速度和力量。

振荡和电压峰值还可以创建电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI),这可能会导致在周围电路中断。然而,通过适当的设计技术,可以限制这些现象的负面影响。是至关重要的设计电路的方式最大限度地减少不必要的振荡和电压峰值的出现,同时还利用半导体快速交换的优点,并确保稳定和可靠的操作。

针对这些挑战,必须探索潜在的问题与不必要的振荡和电压峰值,以及技术来减轻这些问题,减少负面影响。继续阅读更多地了解一些潜在的问题和减少负面结果的方法。

本文由应用工程师朱迈克先生最初发表2022年8月19日UnitedSiC,现在Qorvo,复制从Qorvo许可。了解更多关于Qorvo电力解决方案产品Qorvo和RFMW网站。

一个理想的半导体开关的挑战

理想的开关没有传导,切换损失以来一直梦想通过电源转换器设计者第一管的开关型电源是由IBM在1958年设计的。开态损失无疑降低了所有开关与最新技术和宽的带隙半导体,小于6毫欧姆的电阻现在与750年实现v-rated部分。的技术还没有在他们的物理限制,所以这个值可以将进一步减少。

在今天的高性能功率设计,边缘率(V / ns)增加了降低切换损失,允许更高的频率,较小的磁学和提高功率密度。然而,这些快速边缘率增加的可能性EMI寄生与电路设计相关的问题,造成不必要的振荡和电压峰值。具有良好的设计实践,这些可以解决使用一个小阻尼器。

高电流边缘率在实际电路产生电压峰值和铃声

所以这个问题有多严重?如果我们看到3000 /µs,这是典型的碳化硅开关,然后100 nh连接或漏电感了300 v峰值从熟悉的E = -Ldi / dt。100 nh只是几英寸的PCB跟踪或变压器漏电感的现实的图,这是典型的是什么见,和良好的示波器才能看到完整的电压瞬变的程度。看到它的开关没有问题,但是会立即死亡超过雪崩电压能源评级。与任何电路电容飙升也响了,产生EMI测量排放峰值。

修复是设法减少电路电感,但这通常不是一个实际的选择。否则,开关可以严重voltage-derated成本和导通电阻的处罚,或边缘速度可能放缓系列门阻力。这是钝器延迟波形,限制高频操作通过限制责任周期,并增加开关损失,虽然有小小的影响响了。

允许快速交换,但衰减峰值和阻尼缓冲器的铃声可以实现网络。这可能看起来像一个“蛮力”的方式记忆巨大的电容和电阻,使用igbt为例,试图减少他们庞大的“尾巴”电流的影响。然而,它可以是一个非常有效的解决方案等开关SiC场效应晶体管。在这种情况下,阻尼器主要用于抑制振铃以及限制峰值电压,因为设备的参数非常低和环频率高,只有一个非常小的缓冲器电容器是必要的,通常200 pf几欧姆串联电阻。正如所料,电阻消散一些权力,但它实际上减少岔路损失通过限制电压/电流重叠在困难和工作原理的应用。

有一个总体效率在高负载缓冲器中获益

缓冲器做额外的力量消散刺激,所以总损失E(上)+ E(关上)需要考虑公平评价的好处。图1将一些测量值E(总)40-milliohm SiC场效应晶体管的操作与三种情况考虑:40 khz没有缓冲器但5欧姆RG(上)和RG(下)(蓝线),与RG 200 pf / 10欧姆缓冲器(上)= 5欧姆,RG() = 0(黄线)和最后绿线是没有缓冲器,RG(上)= 5欧姆,RG () = 0。这给了最低的E(总),但过度响,所以并不可行。

在高电流使用阻尼器有一个明显的好处,减少约10.9 w耗散40只有调整门电阻器。在轻负载阻尼器给更高的总体损失,但在这些条件下系统耗散较低。

图2显示了与阻尼器减少振铃效应。

缓冲器是容易实现

因此,制动装置是一个好的解决方案,但现实的实现吗?在实践中,不到一瓦消散在离散缓冲器电阻器,它可以是一个小的表面部分。电容器需要一个高电压等级,但这是一个低价值因此身体也小。

SIC场效应晶体管是接近完美的开关以其低传导和动态损失,和简单的小阻尼器,它可以充分发挥其潜力不会造成过度的EMI或电压应力问题。使它更加完美,SiC场效应晶体管具有一个简单的门驱动和低损耗积分与非常低的热阻二极管外部散热片。不喜欢什么?