通过双脉冲测试评估

MOSFET 的反向恢复特性

我们开设了 Si 功率元器件的新篇章——“评估篇”。在“通过双脉冲测试评估 MOSFET 的反向恢复特性”中,我们将通过双脉冲测试来评估 MOSFET 体二极管的反向恢复特性,并确认 MOSFET 损耗情况。


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MOSFET 体二极管的

反向恢复特性与桥式电路损耗的关系

在逆变器电路和 Totem Pole 型功率因数改善(PFC)电路等具有 2 个以上 MOSFET 的桥式电路中,由于流过上下桥臂的电流会使导通损耗增加。该现象受开关 MOSFET 和对应桥臂 MOSFET 的体二极管(寄生二极管)的反向恢复特性影响很大。因此,在桥式电路中,体二极管反向恢复特性优异的 MOSFET 优势明显。


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什么是

双脉冲测试?

双脉冲测试是广泛应用于 MOSFET 和 IGBT 等功率开关元件特性评估的一种测试方法。该测试不仅可以评估对象元件的开关特性,还可以评估体二极管和 IGBT 一同使用的快速恢复二极管(FRD)等的反向恢复特性。因此,对导通时发生反向恢复特性引起损耗的电路的评估非常有效。双脉冲测试的基本电路图如下所示。

 

 

另外,当该电路的 Q1 是续流用 MOSFET、Q2 是驱动用 MOSFET 时,双脉冲测试的基本工作如下表所示。基本工作主要可以分为①、②、③这三种。当定义脉冲发生器的电压为 VPulse、流过电感的电流为 IL、Q2 的漏源电压为 VDS_L、Q2 的漏极电流为 ID_L 时,各模式的工作、电流路径和波形如表所示。

 

 

在工作③中,在 Q2 导通时可以观测到短路电流(ID_L 红色部分)。这是由 Q1 体二极管的反向恢复特性引发的。

 

 

当体二极管从 ON 转换为 OFF 时,必须将 ON 时所蓄积的电荷进行放电。此时,设从体二极管释放出的电荷量为 Qrr,释放电荷所产生的电流峰值为 Irr,Q2 的功率损耗为 Pd_L,则 Q2 的导通动作可以如右图所示。ID_L 的三角形面积为 Qrr、三角形的高为 Irr。

 

一般情况下,当续流侧元件 Q1 的体二极管反向恢复特性较差、Qrr 也较大时,驱动侧元件 Q2 的导通损耗会增加。因此,在像逆变器电路这样的流过再生电流的应用和 Totem Pole 型 PFC 电路中,需要考虑到体二极管的反向恢复特性对损耗有较大的影响。

 

关键要点

・在具有 2 个以上 MOSFET 的桥式电路中,当 MOSFET 的体二极管反向恢复特性较差时,导通损耗会增加。


・双脉冲测试是广泛应用于 MOSFET 和 IGBT 等功率开关元件特性评估的一种测试方法。


・双脉冲测试不仅可以评估对象元件的开关特性,也可以评估体二极管和外置快速恢复二极管等的反向恢复特性。


・双脉冲测试对导通时发生反向恢复特性引起损耗的电路的评估非常有效。