富昌电子(Future Electronics)一直致力于以专业的技术服务,为客户打造个性化的解决方案,进而缩短产品的设计周期、加快行业发展的步伐。在第三代半导体的实际应用领域,富昌电子结合自身的技术、项目经验积累,着笔SiC相关设计的系列文章,希望能给到大家一定的参考,并期待与您进一步的交流。
本文作为系列文章的第五篇,主要针对SiC MOSFET相关应用中的EMI改善方案做一些探讨。
对设计人员而言,成功应用 SiC MOSFET 的关键在于深入了解 SiC MOSFET 独有的工作特征及其对设计的影响。SiC MOSFET的快速开关速度,高额定电压和低RDS(on)使其对于不断寻求在提高效率和功率密度的同时,保持系统简单性的电源设计人员具有很高的吸引力。但是,由于高压及超快的开关速度带来的超高di/dt,dv/dt,会通过系统的杂散电感,电容形成干扰,比如SiC MOSFET过高的开关速度会引起Vds振铃尖峰,因而产生EMI。
寄生电感是SiC MOSFET Vds尖峰和振铃的主要原因。SiC MOSFET的快速开关速度会导致较高Vds尖峰和较长的振铃时间。这种尖峰会降低设备的设计裕量,并且较长的振铃时间会引入EMI。在大电流情况下,该现象更加明显。
判断EMI是否来源于di/dt与dv/dt,以及采用合适的、有针对性的方案就显得尤为重要,常见的EMI解决方案技术如下:
1, 通过使用高栅极电阻(Rgon, Rgoff)来实现降低通过器件的电流变化率(dI/dt). 高的Rg会显着增加开关损耗, 需要在效率和EMI平衡。
2,通过使用门极漏极电容Cgd来降低器件Vds的电压变化率(dv/dt), 高的Cgd同样会增加开关损耗, 需要在效率和EMI平衡。
3, 降低功率环路的杂散电感,最大限度缩短导线长度,降低 PCB布局的电感(如将栅极驱动器放在尽可能靠近 MOSFET 的位置,并使用叠接式导线几何形状而不是并排(共平面)几何形状),也是改善EMI的有效方法,需要在最小间距和间隙安全规定平衡。
4,使用新的封装如贴片低引线电感(如图一),封装电感是决定切换时间的关键参数,而切换时间与开关速度和EMI等密切相关,需要在的封装和热性能平衡。
5,新的数控技术(如频率抖动, 软开关技术等) 对低和高频段的EMI有好处 。
6,使用缓冲器(如RCD) 对Vds振荡尖峰做吸收(如图二),也能明显改善Vds抖动和EMI(如图三所示测试结果),但是需要在效率和EMI平衡。相比于调节Rg,该方案相对高效。
结论: 以上是富昌电子与客户工程师交流总结的EMI方案,供参考。 由于EMI的产生原因和机理不同,方案也不一样,有时需要多种方案综合评估。如需进一步探讨,请联系富昌电子技术方案中心。