Page 48 - 縱橫半導體檢測—TOF-SIMS扮演要角

DESIGN IDEAS
圖7:結合應用電路架構來看SiC功率晶體的閘極電壓限制。
圖8:結合應用電路架構來看SiC功率晶體的閘 極電壓限制。
應用的功率級進行不同的驅動電 路設計，例如在傳統的功因修正 (PFC)電路中，除了功率晶體單端 接地外，且不具有零電壓切換現 象、出現本體二極體(body diode) 的導通及硬截止條件，其功率晶體 的汲-源級電壓(VDS)無論是導通或 截止時的電壓狀態都由自身的閘 極控制訊號決定，即使是使用較低 閘極臨界電壓的平面式結構SiC功 率晶體，也不需要使用任何負電壓
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截止電路。 然而，同時考慮負電壓從效率
在無橋式圖騰極PFC電路中， 位置相同的功率晶體會在AC輸入 電壓位於不同極性時，扮演不同 角色，例如在輸入電壓位於正半週 時，功率晶體Q4為控制開關，而 Q3為同步整流開關;反之在輸入 電壓位於負半週時，功率晶體Q4為 同步整流開關，而Q3為控制開關。 針對控制開關，功率晶體的汲-源級 電壓在截止時的電壓狀態是由自身 的閘極控制訊號決定，而同步整流 開關的汲-源級電壓在截止時的電 壓狀態則由另一個功率晶體控制， 其中值得注意的是在同步整流開關 的閘極電壓會在控制開關導通及 截止時分別出現閘極電壓的寄生 尖波及負脈衝。
如圖5所示。 無橋式圖騰極PFC電路不僅
圖6:在無橋式圖騰極PFC電路開關出現的閘極驅動電壓寄生尖波及負脈衝。
用於交換式電源供應器(SMPS)， 為因應高效率逐漸被廣為使用的 電路架構外，更是用來解釋SiC功 率晶體驅動電路及閘極電壓限制 條件的最好範例。無橋式圖騰極 PFC電路必須採用低逆向回復電 流特性的功率晶體如氮化鎵(GaN) 或SiC功率晶體，肇因於電路架構 中必然會出現本體二極體的導通 及硬截止條件，進而在閘極電壓 上會出現電壓寄生尖波及電壓負 脈衝。如圖8所示，無橋式圖騰極 PFC電路採用兩個矽功率晶體，Q1 及Q2用於取代低頻的整流器、兩 個SiC功率晶體，Q3及Q4分別在輸 入電壓的正負半週，做為高頻的控 制開關及同步整流開關，用以控制 電感的儲能及傳遞能量。
上帶來的好處及其對閘極臨界電壓 漂移造成的影響，實務上最大可以 採用-2V的截止電壓，以獲得相對 較低的截止損耗及導通損耗。此 外，在此電路架構中，除非驅動電 路的迴路寄生電感太長，功率晶體 的驅動波形不至於出現任何額外 的電壓雜訊。
在考慮應用於橋式連接且具有 本體二極體導通條件的零電壓切換 電路架構，如無橋式圖騰極PFC電 路的驅動電路時，由於其必然出現 的負脈衝(undershoot)及VGS的寄 生尖波(glitch)，如圖6所示，使得 驅動電路的設計及驅動電壓準位 的選用都需要仔細考量，避免造 成上下橋功率晶體的誤導通及燒 毀，或是觸發最大負電壓限制值，
SiC功率晶體在實際使用時，