簡化三相逆變器拓?fù)湓O(shè)計(jì)

MOSFETQ1、Q3和Q5高頻(HF)切換，Q2、Q4和Q6低頻(LF)切換。當(dāng)一個(gè)低頻MOSFET處于開狀態(tài)，而且一個(gè)高頻MOSFET處于切換狀態(tài)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)功率級(jí)。

步驟1)功率級(jí)同時(shí)給兩個(gè)相位供電，而對(duì)第三個(gè)相位未供電。假設(shè)供電相位為L1、L2，L3未供電。在這種情況下，MOSFETQ1和Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流流經(jīng)Q1、L1、L2和Q4。

步驟2)MOSFETQ1關(guān)斷。因?yàn)殡姼胁荒芡蝗恢袛嚯娏?，它?huì)產(chǎn)生額外電壓，直到體二極管D2被直接偏置，并允許續(xù)流電流流過。續(xù)流電流的路徑為D2、L1、L2和Q4。

步驟3)Q1打開，體二極管D2突然反偏置。Q1上總的電流為供電電流(如步驟1)與二極管D2上的恢復(fù)電流之和。

圖1：三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖2所示MOSFET器件的截面圖，顯示出其中的體-漏二極管。在步驟2，電流流入到體-漏二極管D2(見圖1)，該二極管被正向偏置，少數(shù)載流子注入到二極管的區(qū)和P區(qū)。

圖2：MOSFET器件的截面圖，電流流經(jīng)其內(nèi)部的體二極管

當(dāng)MOSFETQ1導(dǎo)通時(shí)，二極管D2被反向偏置，N區(qū)的少數(shù)載流子進(jìn)入P+體區(qū)，反之亦然。這種快速轉(zhuǎn)移導(dǎo)致大量的電流流經(jīng)二極管，從N-epi到P+區(qū)，即從漏極到源極。電感L1對(duì)于流經(jīng)Q2和Q1的尖峰電流表現(xiàn)出高阻抗。Q1表現(xiàn)出額外的電流尖峰，增加了在導(dǎo)通期間的開關(guān)損耗。圖4a描述了MOSFET的導(dǎo)通過程。

為改善在這些特殊應(yīng)用中體二極管的性能，研發(fā)人員開發(fā)出具有快速體二極管恢復(fù)特性MOSFET。當(dāng)二極管導(dǎo)通后被反向偏置，反向恢復(fù)峰值電流Irrm較小，完成恢復(fù)所需要的時(shí)間更短(見圖3)。

圖3：具有快速體二極管恢復(fù)特性MOSFET，反向恢復(fù)峰值電流較小，恢復(fù)時(shí)間縮短。

我們對(duì)比測試了標(biāo)準(zhǔn)的MOSFET和快恢復(fù)MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中，如圖4b所示。在Q1MOSFET(HF)的導(dǎo)通工作期間，開關(guān)損耗降低了65%。采用STD5NK52ZD時(shí)效率和熱性能獲得很大提升(在不采用散熱器的自由流動(dòng)空氣環(huán)境下，殼溫從60°C降低到50°C)。在這種拓?fù)?/strong>中，MOSFET內(nèi)部的體二極管用作續(xù)流二極管，采用具有快速體二極管恢復(fù)特性MOSFET更為合適。

圖4：a)Q2采用標(biāo)準(zhǔn)MOSFET的開狀態(tài)操作;b)Q2采用ST公司的STD5NK52ZDMOSFET開狀態(tài)操作

SuperFREDmesh技術(shù)彌補(bǔ)了現(xiàn)有的FDmesh技術(shù)，具有降低導(dǎo)通電阻，齊納柵保護(hù)以及非常高的dv/dt性能，并采用了快速體-漏恢復(fù)二極管。N溝道520V、1.22歐姆、4.4ASTD5NK52ZD可提供多種封裝，包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封裝。

該器件為工程師設(shè)計(jì)開關(guān)應(yīng)用提供了更大的靈活性。其他優(yōu)勢包括非常高的dv/dt，經(jīng)過100%雪崩測試，具有非常低的本征電容、良好的可重復(fù)制造性，以及改良的ESD性能。此外，與其他可選模塊解決方案相比，使用分立解決方案還能在PCB上靈活定位器件，從而實(shí)現(xiàn)空間的優(yōu)化，并獲得有效的熱管理，因而這是一種具有成本效益的解決方案。