SiCパワーデバイス｜応用編

SiC MOSFET：スナバ回路の設計方法　－まとめ－

2022.09.13

SiC MOSFET：スナバ回路の設計方法　－まとめ－

SiC MOSFETは、従来のパワー半導体と比較してスイッチング速度が速いため、電圧や電流の変化が急峻になります。そのため、デバイス自身のパッケージインダクタンスや周辺回路の配線インダクタンスの影響などが無視できなくなり、結果として大きなサージが発生します。そのサージを抑制する方法の一つとして、スナバ回路を付加する方法および設計方法について説明しました。

以下に、ここまで説明してきた各記事へのリンクとキーポイントをまとめました。

▶SiC MOSFET：スナバ回路の設計方法　ーはじめにー

この記事のキーポイント

・近年、SiC MOSFETは高速スイッチング動作が可能であることから、様々な電力変換アプリケーションに用途が広がっている。

・しかし、高速動作によりドレイン-ソース間に大きなサージが発生するので、その抑制が必要。

・サージ抑制方法の１つとしてスナバ回路がある。

▶ドレイン-ソース間に発生するサージ

この記事のキーポイント

・ドレイン-ソース間に発生するサージは、各インダクタンス成分とMOSFET寄生容量の共振によって発生する。

・配線インダクタンスを最小化するレイアウトは現実的にできない場合が多いので、スナバ回路はできるだけスイッチングデバイスの近傍に配置して配線インダクタンスを下げることが重要。

▶スナバ回路の種類と選定

この記事のキーポイント

・スナバ回路が十分な効果を発揮するには、できる限りスイッチングデバイスの近くに実装する必要がある。

・スナバ回路には、R、L、Cなどの受動部品を組み合わせた回路や、半導体デバイスを用いたアクティブ回路がある。

・ここでは制御が不要でコスト的に優れた回路方式として、Cスナバ回路、RCスナバ回路、放電型RCDスナバ回路、非放電型RCDスナバ回路を紹介した。

▶Ｃスナバ回路の設計

この記事のキーポイント

・Cスナバ回路は、CSNBが大きいほどサージ抑制効果は高くなる。

・ただし、スナバ回路に形成されるLSNBはLMAINよりも小さくする必要があるが、LSNBにはコンデンサのESLも加味されるので注意が必要。

▶RCスナバ回路の設計

この記事のキーポイント

・RCスナバ回路は消費電力PSNBを考慮してCSNBとRSNBを求め、その共振角周波数ωSNBをサージの共振角周波数ωSURGEよりも十分高く設定する必要がある。

▶放電型RCDスナバ回路の設計

この記事のキーポイント

・放電型RCDスナバ回路の設計は、基本的にRCスナバ回路と同じ。

・ただし、ダイオードによるサージ吸収のためRCスナバ回路で示した式（5）による共振周波数の確認は不要。

・ダイオードはリカバリ電流の小さいものを選定する必要がある。

▶非放電型RCDスナバ回路の設計

この記事のキーポイント

・非放電型RCDスナバ回路は、RSNBで消費する電力はサージ分のみなので、RSNBの許容損失が比較的小さくて済む。

・そのため、CSNBの静電容量を大きくすることが可能で、クランプ効果を高めることができるほか、スイッチング周波数fSWを上げることが可能。

・一般的に非放電型RCDスナバ回路を追加した回路では、低負荷時の効率は低下し、高負荷時の効率は向上する。これは高負荷時においては、スナバ回路によるサージ抑制効果により、結果としてスイッチング損失が低減されるため。

▶パッケージによるサージ発生の違い

この記事のキーポイント

・SiC MOSFETのパッケージの種類によって、ドレイン-ソース間に発生するサージが異なる。

・TO-247-4LはTO-247Nに比べ、駆動回路の経路を変更することでスイッチング速度を速くしているため、サージが大きくなる傾向にある。

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