门极驱动正压对功率半导体性能的影响

时间:2024-01-29    浏览:33

对导通损耗的影响


无论是MOSFET还是IGBT,都是受门极控制的器件。在相同电流的条件下,一般门极电压用得越高,导通损耗越小。因为门极电压越高意味着沟道反型层强度越强,由门极电压而产生的沟道阻抗越小,流过相同电流的压降就越低。不过器件导通损耗除了受这个门极沟道影响外,还和芯片的厚度有很大的关系,一般越薄的导通损耗越小,所以同等芯片面积下宽禁带的器件导通损耗要小得多。而相同材料下耐压越高的器件就会越厚,导通损耗就会变大。这种由芯片厚度引起的导通损耗不受门极电压影响,所以器件耐压越高,门极电压即使进一步增大对导通损耗贡献是有限的。


我们从器件的规格书中很容易得到这个结论,如图1的a、b分别是一个IGBT器件IKW40N120CS7的输出特性曲线。在相同的IC电流下,门极电压越高,对应的输出线越陡,VCE饱和压降越小。但是门极电压大于15V后,即使门极电压再升高,VCE饱和压降变小得不多了。所以IGBT选用15V驱动是一个不错的选择。


对开关损耗的影响


另外,门极的正压对降低开关损耗也是有帮助的。因为开通的过程相当于一个对门极电容充电的过程,初始电压越大,充电越快,一般来说开通损耗越小。而关断损耗则受门极负压影响,几乎不受门极正电压影响。我们利用了双脉冲平台进行开关波形的测试。图4是SiC MOSFET的开关损耗在不同门极电压和不同IC电流下的表现。图5是IGBT的开通损耗。而由于SiC MOSFET的开关损耗绝对值比IGBT要小得多,所以从开关损耗降低的比例来看,SiC MOSFET效果更明显。