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2018.10.11 SiC功率元器件

应用要点:缓冲电容器

全SiC功率模块

本文将介绍全SiC模块的应用要点—缓冲电容器。在高速开关大电流的电路中,需要添加缓冲电容器。

什么是缓冲电容器

缓冲电容器是为了降低电气布线的寄生电感而连接在大电流开关节点的电容器。寄生电感会使开关关断时(切断电流)产生较大的浪涌,当浪涌超过元器件的额定值时,甚至可能会致使产品损坏。

要有效降低布线电感值,需要靠近电路图的红色椭圆圈出来的线路中的元件引脚连接电容器。

缓冲用电容器示例

缓冲用电容器不仅电气特性额定值需要满足连接位置的条件,还需要对电容器的结构和用材带来的特性不同进行评估后再使用。作为示例,在下面给出了此次评估所用的电容器。

缓冲电容器的安装示例

在本例中,以布线间的大容量电容器为基础,靠近SiC MOSFET的引脚安装了小容量的电容器。

缓冲电容器的效果

下面是在上述三种条件下,在SiC MOSFET关断、切断电流时漏极-源极间产生的浪涌波形。靠近SiC MOSFET的引脚添加了电容器时,对浪涌有抑制效果,电容器的种类不同其抑制效果也不同。

接下来请看采用陶瓷电容器的例子(上述红色),下面是改变条件来比较抑制效果的波形。

刚刚关断后的23MHz左右的振铃t1,电容器的并联数越少其衰减速度越快(蓝A)。这是因为电容器的ESR与并联数成反比,也就是说并联数越少,ESR越大。

陶瓷电容器的电容量较小时,产生了约2MHz的振铃t2(绿B、蓝A)。这被认为是环路较长的路径=电感值较大的路径所积蓄的电荷导致的。

从结果可以看出,采用陶瓷电容器时,可以说并联数少、总电容量大时的浪涌抑制效果更好。

最后来看大容量电容器的效果。下面是在串联2个并联5个陶瓷电容器的状态下,有大容量电容器时和没有时的浪涌比较。

如红色波形所示,有大容量电容器时,对于长周期振铃具有抑制效果。

通过本文的示例可以看出,利用缓冲用大容量电容器和靠近SiC MOSFET的引脚连接陶瓷电容器,可获得更好的浪涌抑制效果。但是,电容器的安装位置、电容器的串联/并联组合等条件稍微不同就有可能影响到浪涌波形,因此需要实际安装在应用设备上进行效果验证。

关键要点:

・要发挥高速开关性能优势,需要极力抑制电气布线的寄生电感。

・靠近电源引脚连接电容器,可降低布线电感。

SiC(碳化硅)功率元器件的理解和活用事例