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2020.05.26 SiCパワーデバイス

ブリッジ回路のスイッチングにより発生する電流と電圧

SiC MOSFET:ブリッジ構成におけるゲート-ソース間電圧の挙動

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前回、SiC MOSFETのブリッジ構成におけるゲート駆動回路のターンオン・ターンオフ動作について説明しました。今回は、それら一連のスイッチング動作におけるMOSFETのVDSおよびIDの変化によって、どのような電流と電圧が発生するかを説明します。

以下の回路図はブリッジ構成の同期方式boost回路で、LSスイッチがターンオンした時の例です。回路図にはSiC MOSFETが持つ寄生の容量、インダクタンス、抵抗も示されており、HSおよびLSのSiC MOSFETのVDSとIDの変化に起因して流れる各所のゲート電流(緑色ライン)を示してあります。

MOSFETブリッジ回路のLSターンオンに起因して流れるゲート電流の例

IDの変化dID/dtにより発生する電圧

IDの変化によって以下の式(1)で示す電圧が発生します。

式(1)

これは、SiC MOSFETのソースに存在する寄生インダクタンスにIDが流れることにより生じる電圧で、回路図の(I)で起こる事象です。この電圧により電流(I’)が流れます。

VDSの変化dVDS/dtにより発生する電流

HSを例に取ると、SiC MOSFETがターンオフしてVDSが変化すると、ゲート-ドレイン間の寄生容量CGDに電流ICGDが流れます。この電流は回路図が示すように、ゲート-ソース間寄生容量CGS側に流れる電流ICGD1:(II)-1と、ゲート回路側に流れる電流ICGD2:(II)-2に分かれます。VDSの変化開始時はゲート回路側のインピーダンスが大きいため、ICGDはほとんどCGS側に流れ、この時のICGD1は式(2)のようになります。

式(2)

式からは、CGDが大きい場合やCGD/CGS比が小さくなる場合は、ICGD1が大きくなることが分かります。

dVDS/dtおよびdID/dtは正にも負にもなるため、それによって発生する電流や電圧の極性はターンオンとターンオフ時で異なってきます。これについては、次回から詳細を説明していきます。

キーポイント:

・ゲート駆動回路のスイッチング動作におけるMOSFETのVDSおよびIDの変化によって、寄生容量やインダクタンスにより回路に電流と電圧が発生する。

・dVDS/dtおよびdID/dtは正にも負にもなるため、それによって発生する電流や電圧の極性はターンオンとターンオフ時で異なる。

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