Community Translation - Design of external passive components and layout measures to reduce Vgs ringing – KBA236326

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Hi,

I want to translate KBA236326 into Japanese, please confirm to my work.

https://community.infineon.com/t5/Knowledge-Base-Articles/Design-of-external-passive-components-and-...

Thanks,
Morita

1 Solution
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Hi Bindu-san,

Thank you for your confirmation

I have translated KBA236326 to Japanese.

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 Original KBA: KBA236326

 タイトル: Vgs リンギングを低減するための外付け受動部品の設計とレイアウト対策 – KBA236326

 ヴァージョン: **

1.ゲート電圧発振の原因と影響

ゲート電圧のリンギングまたは寄生振動は、誤ったターンオン、高い電力損失、およびデバイスへの損傷などにようなMOSFEで望ましくない動作を引き起こす可能性があります。

1.1 ゲート端子の発振源

  • 共振回路:ゲート経路の寄生インダクタンスとスイッチングデバイスの入力容量(Cgd & Cgs)によって形成されます。
  • ミラーコンデンサからのdv/dtフィードバック:Cgd を介してゲートに結合されるターンオフ時のVds振動。
  • ソース浮遊インダクタンスからのdi/dtフィードバック:ドレイン電流のdi/dtが高いと、ソース端子の寄生インダクタンスがゲート電圧に反映されるため、ソースピンで発振が発生する可能性があります。

1.2 ゲートリンギングはどのようにデバイスに損傷を与える可能性がありますか?

スイッチング中、MOSFETは完全には均一ではありません。抵抗/容量ネットワークのため、ゲートパッドから離れたトレンチの切り替えに短い遅延が発生します。この遅延は、スイッチオンプロセスが正常である場合、つまり、ゲート電圧が高周波発振を伴わずにクリーンである場合、重要ではありません。 

ただし、ゲート信号の振動によりゲート電圧は定期的にミラープラトー電圧を下回り、ゲートパッドから遠く離れたトレンチは、ミラープラトーを超えるゲート電圧に達しないため、適切にスイッチオンしません。ドレインからソースへの電流は、ゲートパッドとソースパッドの近くの部分的にオンになっているトレンチに流れ込みます。この不均一な分布は、局所的な加熱のためにゆっくりとデバイスの損傷につながります。

2.ゲート電圧の振動を抑える方法

これらの振動を抑える方法は2つあります。

  1.  寄生成分を最小限に抑える
  2. 外付け受動部品の使用

2.1 寄生成分を最小限に抑える

  • ゲートおよびソース経路の寄生インダクタンスを最小限に抑える                   
  • ゲート・ドライバ出力からデバイス端子までのトレースを短くして幅を広くする
  • ゲートループの断面積を低く維持
  • ゲート駆動経路でのビアの使用を回避するため、同じ層で電流経路への配線とリターン電流経路の両方を配線します。
  • レイアウトをデカップリングすることにより、ゲートとドレイン間の寄生容量を最小限に抑えます

MS_19060803_0-1675325110957.png

1 MOSFETのゲート駆動ループの寄生要素

2.2 外部受動回路の使用

2.2.1 スイッチングデバイス全体のRCスナバ

スイッチングデバイス全体にRCスナバ回路を使用。たとえば、MOSFETのドレインからソースへの接続はVdsスパイクを減衰させます。 これにより、デバイスがオーバーシュートから保護され、Cgdを介したフィードバックによる発振が減少します。 

2.2.2 外付けゲート抵抗の選別

Rgは主に、ゲートパスの寄生によって生じるリンギングを減衰させる役割を果たします。

  1. Rgの値を大きくすると、リンギングが過度に減衰しますが、スイッチング損失が大きくなります。一方、Rgの値を小さくすると、高速なスイッチングが可能になりますが、振動が減衰しVdsのオーバーシュートが発生する可能性があります。
  2. したがって、Q0.5(臨界減衰)から1(減衰不足)の間にあるようにRgを選択することをお勧めします。 以下は、ほとんどの設計者がRgの値を取得するために従う実際的なアプローチです。

    a.ドライバとスイッチの間に抵抗を接続せずにゲート発振周波数(fr)を測定する。

    b.次のように寄生インダクタンス値を取得します。

    MS_19060803_2-1675325705366.png 

    c.0.51Q値を提供できるRg値を計算します。

     MS_19060803_3-1675325755031.png

     

    i) Q=0.5:ゲート発振なし。 ただし、Rg値が高くなるため、スイッチング損失が高くなり、dv/dtが高いために寄生ターンオンの可能性が高くなります。             ii) Q=1Rg値が低くなるため、スイッチング損失が低くなります。 ただし、ゲート発振の低減、ノイズの制限、およびVdsオーバーシュートに対する保護のための対策を実装する必要があります。 ただし、ゲートドライバを使用している場合、Rgの最小値は、ドライバのピーク ソースおよびシンク電流制限、およびドライバの消費電力能力に違反しないようにする必要があります。 オンとオフのパスが同じ場合、

          MS_19060803_4-1675325825570.png

例:ゲート電圧が+15Vから-8Vの間でスイングし、ドライバーの電流制限が4A_source/2A_sinkの場合、最小R=11.5Ω。

したがって、Rg_ext=11.5Rg_intRds_on_drv または

Rg_ext=11.5Rg_intRds_off_drv のいずれか高い方。

   iii) したがって、Rgはこれら2つの値の間で調整する必要があります。

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Thanks,

Morita

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Hi Morita san,

Confirm to work on this KBA.

Thanks,
Bindu

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Hi Bindu-san,

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 ヴァージョン: **

1.ゲート電圧発振の原因と影響

ゲート電圧のリンギングまたは寄生振動は、誤ったターンオン、高い電力損失、およびデバイスへの損傷などにようなMOSFEで望ましくない動作を引き起こす可能性があります。

1.1 ゲート端子の発振源

  • 共振回路:ゲート経路の寄生インダクタンスとスイッチングデバイスの入力容量(Cgd & Cgs)によって形成されます。
  • ミラーコンデンサからのdv/dtフィードバック:Cgd を介してゲートに結合されるターンオフ時のVds振動。
  • ソース浮遊インダクタンスからのdi/dtフィードバック:ドレイン電流のdi/dtが高いと、ソース端子の寄生インダクタンスがゲート電圧に反映されるため、ソースピンで発振が発生する可能性があります。

1.2 ゲートリンギングはどのようにデバイスに損傷を与える可能性がありますか?

スイッチング中、MOSFETは完全には均一ではありません。抵抗/容量ネットワークのため、ゲートパッドから離れたトレンチの切り替えに短い遅延が発生します。この遅延は、スイッチオンプロセスが正常である場合、つまり、ゲート電圧が高周波発振を伴わずにクリーンである場合、重要ではありません。 

ただし、ゲート信号の振動によりゲート電圧は定期的にミラープラトー電圧を下回り、ゲートパッドから遠く離れたトレンチは、ミラープラトーを超えるゲート電圧に達しないため、適切にスイッチオンしません。ドレインからソースへの電流は、ゲートパッドとソースパッドの近くの部分的にオンになっているトレンチに流れ込みます。この不均一な分布は、局所的な加熱のためにゆっくりとデバイスの損傷につながります。

2.ゲート電圧の振動を抑える方法

これらの振動を抑える方法は2つあります。

  1.  寄生成分を最小限に抑える
  2. 外付け受動部品の使用

2.1 寄生成分を最小限に抑える

  • ゲートおよびソース経路の寄生インダクタンスを最小限に抑える                   
  • ゲート・ドライバ出力からデバイス端子までのトレースを短くして幅を広くする
  • ゲートループの断面積を低く維持
  • ゲート駆動経路でのビアの使用を回避するため、同じ層で電流経路への配線とリターン電流経路の両方を配線します。
  • レイアウトをデカップリングすることにより、ゲートとドレイン間の寄生容量を最小限に抑えます

MS_19060803_0-1675325110957.png

1 MOSFETのゲート駆動ループの寄生要素

2.2 外部受動回路の使用

2.2.1 スイッチングデバイス全体のRCスナバ

スイッチングデバイス全体にRCスナバ回路を使用。たとえば、MOSFETのドレインからソースへの接続はVdsスパイクを減衰させます。 これにより、デバイスがオーバーシュートから保護され、Cgdを介したフィードバックによる発振が減少します。 

2.2.2 外付けゲート抵抗の選別

Rgは主に、ゲートパスの寄生によって生じるリンギングを減衰させる役割を果たします。

  1. Rgの値を大きくすると、リンギングが過度に減衰しますが、スイッチング損失が大きくなります。一方、Rgの値を小さくすると、高速なスイッチングが可能になりますが、振動が減衰しVdsのオーバーシュートが発生する可能性があります。
  2. したがって、Q0.5(臨界減衰)から1(減衰不足)の間にあるようにRgを選択することをお勧めします。 以下は、ほとんどの設計者がRgの値を取得するために従う実際的なアプローチです。

    a.ドライバとスイッチの間に抵抗を接続せずにゲート発振周波数(fr)を測定する。

    b.次のように寄生インダクタンス値を取得します。

    MS_19060803_2-1675325705366.png 

    c.0.51Q値を提供できるRg値を計算します。

     MS_19060803_3-1675325755031.png

     

    i) Q=0.5:ゲート発振なし。 ただし、Rg値が高くなるため、スイッチング損失が高くなり、dv/dtが高いために寄生ターンオンの可能性が高くなります。             ii) Q=1Rg値が低くなるため、スイッチング損失が低くなります。 ただし、ゲート発振の低減、ノイズの制限、およびVdsオーバーシュートに対する保護のための対策を実装する必要があります。 ただし、ゲートドライバを使用している場合、Rgの最小値は、ドライバのピーク ソースおよびシンク電流制限、およびドライバの消費電力能力に違反しないようにする必要があります。 オンとオフのパスが同じ場合、

          MS_19060803_4-1675325825570.png

例:ゲート電圧が+15Vから-8Vの間でスイングし、ドライバーの電流制限が4A_source/2A_sinkの場合、最小R=11.5Ω。

したがって、Rg_ext=11.5Rg_intRds_on_drv または

Rg_ext=11.5Rg_intRds_off_drv のいずれか高い方。

   iii) したがって、Rgはこれら2つの値の間で調整する必要があります。

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Thanks,

Morita

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Hi, Morita san,

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Bindu

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