(1)tΔI=电流换向间隔时间[s]
gm=跨导[S]
VDR=栅极驱动器电压[V]
lDS=漏电流[A]
由于氮化镓场效应晶体管与等效MOSFET相比具有更低的驱动电压、栅极电阻和电容,因此,上述公式(1)中的共源电感一项的效应会变得显著很多。图1描绘的是根据共源电感值的变化,氮化镓场效应晶体管和等效先进MOSFET[英飞凌BSC060N10N]在导通和关断时间的间距(关断时,VDR-VTH项被VTH所代替),即上述电流换向时间公式。该绘图清楚地表明,氮化镓场效应晶体管的换向时间,受共源电感的影响比MOSFET大得多,当LS值足够高时,氮化镓场效应晶体管的换向时间,可以实际上超越 MOSFET的换向时间。
图1 MOSFET与氮化镓场效应晶体管的、作为共源电感函数的导通及关断时间的比较。
同样地,电压换向时间距可以从两方面考虑。首先,基于一个给定栅极驱动器,确定最快速开关时间,可从公式(2)计算出来;其次,确定对感应dv/dt事件而引起的误导通的敏感度。
(2)QGD=栅漏电荷[C]
RDR-up栅极驱动器的导通电阻[Ω]
VPL=台阶电压[V]
如果我们假设电压在过渡时的dv/dt峰值比平均dv/dt大约高30%,那么没有dv/dt(米勒)所引致的导通事件发生时,其绝对最小开关时间可以近似表示为：
(3)tΔVimmune=针对抗干扰的电压换向间距时间[s]
VDC=直流总线电压[V]
RDR-down=栅极驱动器关断电阻[Ω]
图2绘出了所得的作为删极驱动电阻RG函数的dv/dt导通换向时间。该图还给出了超出场效应晶体管的VTH之前的抗干扰极限值。这个换向时间被定义为在半桥拓朴中的开关的抗扰度极限值,任何更快的开关速度有可能导致不期望的开关情况。如果使用MOSFET,抗扰的换向时间比预测得到的值大得多,从而提供了更大的原有dv/dt抗扰度。如果使用氮化镓场效应晶体管,针对抗扰度的换向时间将比可以实现得到的值更大,因此建议关断时的RG值比导通时的低。
从图2可看到,因为氮化镓场效应晶体管具更小栅极电荷,所以其开关速度比MOSFET更高,因此对RG的变化没有这么敏感。然而,这并不意味着氮化镓场效应晶体管具有更高的dv/dt抗扰度。
图2 MOSFET与氮化镓场效应晶体管的、作为柵极电阻函数的导通换向时间的比较
图3 MOSFET与氮化镓场效应晶体管的、作为柵极电阻函数的关断换向时间的比较。
图3绘出了作为栅极驱动电阻RG函数的dv/dt关断切换时间。该图还给出了超出场效应晶体管的VTH之前的抗干扰极限值。无论是使用氮化镓场效应晶体管或MOSFET，抗干扰的切换时间比预测的值大(在使用MOSFET的情况下,抗干扰的切换时间大更多),从而能够提供关断时的dv/dt抗扰度。
当栅极环路增长及有更多器件并联在一起时,LG和RDR的影响会增加,dv/dt的抗扰性能将会变差。为了提高抗扰性能,延长开关时间成为唯一的选择。