重負荷時におけるスイッチング素子の動作に関する注意点

重負荷時においてMOSFETのBody Diodeのリカバリー時間t_rrが長く、電流が残っている場合、進みレグのMOSFETのターンOFF時に寄生バイポーラトランジスタが誤ONしてしまい、MOSFETが破壊する可能性があります。これは、ターンOFF時に発生する、ドレイン－ソース間容量C_DSへの充電電流によって寄生バイポーラトランジスタが自発的にON（誤ON）してしまい、瞬間的に大電流が流れることによって起こります。

インバータ回路などでは、MOSFETのBody Diodeに順方向電流が流れている状態で、高電圧の逆バイアスを印加することにより強制的にBody Diode内の電荷（Q_rr）を急速に放出します。この放出に要する時間がt_rrなので、結果としてt_rrが短くなります。

一方、PSFB回路では、リカバリー中のBody Diodeにかかるバイアスがほぼ0Vであるため、電荷放出が遅くなり、結果としてt_rrが長くなります。下図に、進みレグのMOSFETのV_DS、I_D、リカバリー電流の概略図を示します。

t_rrが長くなると、リカバリーによって発生する電流は図の赤点線のようにシフトしていきます。つまり、ターンOFF時にMOSFET中に電荷が残存していることになり、より電流が流れやすく、寄生バイポーラトランジスタの誤ONが発生しやすくなります。

このような理由からPSFB回路では、t_rrが小さいMOSFETを使用する必要があります。単純にはt_rrが小さければ小さいほど有効性は高まります。市場にはt_rrが小さい高速リカバリーを特徴としたSJ MOSFETが流通していますが、メーカーやシリーズによってt_rrや関連するパラメータに差異があります。したがって、選択には十分な検討が必要です。

遅れレグのMOSFETでも、ターンOFF時に発生する寄生バイポーラトランジスタの誤ONは起きる可能性があります。しかし、PSFB回路の動作で説明したように、進みレグに比べI_Dが正である期間が長いためt_rrによる影響を受けにくくなり、遅れレグのほうが寄生バイポーラトランジスタの誤ONによるMOSFETの破壊は発生しにくくなります。進みレグと同じく、リカバリー電流の概略図を示します。