【導讀】ROHM最近推出了SiC MOSFET的新系列產(chǎn)品“SCT3xxx xR系列”。SCT3xxx xR系列采用最新的溝槽柵極結(jié)構(gòu)，進一步降低了導通電阻；同時通過采用單獨設(shè)置柵極驅(qū)動器用源極引腳的4引腳封裝，改善了開關(guān)特性，使開關(guān)損耗可以降低35%左右。此次，針對SiC MOSFET采用4引腳封裝的原因及其效果等議題，我們采訪了ROHM株式會社的應(yīng)用工程師。
－接下來，請您介紹一下驅(qū)動器源極引腳是如何降低開關(guān)損耗的。首先，能否請您對使用了驅(qū)動器源極引腳的電路及其工作進行說明？
Figure 4是具有驅(qū)動器源極引腳的MOSFET的驅(qū)動電路示例。它與以往驅(qū)動電路（Figure 2）之間的區(qū)別只在于驅(qū)動電路的返回線是連接到驅(qū)動器源極引腳這點。請看與您之前看到的Figure 2之間的比較。
從電路圖中可以一目了然地看出，包括VG在內(nèi)的驅(qū)動電路中不包含LSOURCE，因此完全不受開關(guān)工作時的ID變化帶來的VLSOURCE的影響。
如果用公式來表示施加到內(nèi)部芯片的電壓VGS_INT的話，就是公式（2）。當然，計算公式中沒有3引腳封裝的公式（1）中存在的LSOURCE相關(guān)的項。所以，4引腳封裝MOSFET的VGS_INT僅受RG_EXT和IG引起的電壓降VRG_EXT的影響，而且由于RG_EXT是外置電阻，因此也可調(diào)。下面同時列出公式（1）用以比較。
－能給我們看一下比較數(shù)據(jù)嗎？
這里有雙脈沖測試的比較數(shù)據(jù)。這是為了將以往產(chǎn)品和具有驅(qū)動器源極引腳的SiC MOSFET的開關(guān)工作進行比較，而在Figure 5所示的電路條件下使Low Side（LS）的MOSFET開關(guān)的雙脈沖測試結(jié)果。High Side（HS）是將RG_EXT連接于源極引腳或驅(qū)動器源極引腳，并僅使用體二極管換流工作的電路。
Figure 6是導通時的漏極-源極間電壓VDS和漏極電流ID的波形。這是驅(qū)動條件為RG_EXT＝10Ω、VDS＝800V，ID約為50A時的波形。
紅色曲線的TO-247-4L為4引腳封裝，藍色的TO-247N為以往的3引腳封裝，其中的SiC MOSFET芯片是相同的。
我們先來比較一下虛線ID的波形。與藍色的3引腳封裝品的波形相比，紅色的4引腳封裝的ID上升更快，達到50A所需的時間當然也就更短。
雖然VDS的下降時間本身并沒有很大的差別，但柵極信號輸入后的開關(guān)速度明顯變快。
－就像您前面說明的，區(qū)別只在于4引腳封裝通過設(shè)置驅(qū)動器源極引腳，消除了LSOURCE的影響，因此它們的開關(guān)特性區(qū)別只在于LSOURCE的有無所帶來的影響？可不可以這樣理解？
基本上是這樣。當然，也有一些應(yīng)該詳細查考的事項，但如果從柵極驅(qū)動電路中消除了LSOURCE的影響，則根據(jù)Figure 4中說明的原理，開關(guān)速度將變快。關(guān)于關(guān)斷，雖然不像導通那樣區(qū)別顯著，但速度同樣也會變快。
－這就意味著開關(guān)損耗得到了大幅改善。
這里有導通和關(guān)斷相關(guān)的開關(guān)損耗比較數(shù)據(jù)。
在導通數(shù)據(jù)中，原本2,742µJ的開關(guān)損耗變?yōu)?,690µJ，損耗減少了約38%。在關(guān)斷數(shù)據(jù)中也從2,039µJ降至1,462µJ，損耗減少了約30%。
－明白了。最后請你總結(jié)一下，謝謝。
SiC MOSFET具有超低導通電阻和高速開關(guān)的特點，還具有可進一步縮小電路規(guī)模、提高相同尺寸的功率、以及因降低損耗而提高效率并減少發(fā)熱量等諸多優(yōu)點。
另一方面，關(guān)于在大功率開關(guān)電路中的功率元器件的安裝，由于必須考慮寄生電感等寄生分量的影響，如果開關(guān)電流速度明顯提高，那么其影響也會更大。這不僅僅是實裝電路板級別的問題，同時也是元器件封裝級別的課題。
此次之所以在最新一代SiC MOSFET中采用4引腳封裝，也是基于這樣的背景，旨在在使用了SiC功率元器件的應(yīng)用中，進一步降低損耗。
這里有一個注意事項，或者說是為了有效使用4引腳封裝產(chǎn)品而需要探討的事項。前面提到了通過消除封裝電感LSOURCE的影響可提高開關(guān)速度并大大改善開關(guān)損耗。這雖然是事實，但考慮到穩(wěn)定性和整個電路工作時，伴隨著開關(guān)速度的提高，也產(chǎn)生了一些需要探討的問題。就像“權(quán)衡（Trade-off）”一詞所表達的，電路的優(yōu)先事項一定需要用最大公約數(shù)來實現(xiàn)優(yōu)化。
推薦閱讀：
