Application Note
SiC パワーモジュール

アクティブミラークランプによる誤点弧対策
SiC パワーモジュールを使用する事でスイッチング損失を削減できる事から IGBT モジュールではできない高周波駆動が可能になり、コイル等の受動部品やヒートシンクの小型化が可能になります。
ଇఆĆ༅ई‫܆‬ฅ༂༂ਈȅ༄ଅଅଇ‫܇‬ഇ༄ଈଅฅ ഈਈ༅の対策と効果を紹介します。

誤点༅؇༂̅Їと対策

Table 1. 誤点弧が発生しやすいケースタイプモジュール
Part-No

電圧(V)

؉ആ(A)

BSM180D12P3C007

180

BSM300D12P3E005

300

BSM400D12P3G002

1200

400

BSM600D12P3G001

600

Crss/Ciss (-)

1

BSM180D12P3C007

0.1
BSM120D12P2C005
0.01

Figure 1. 誤点༅؇༂̅Ї0.1

110100VDS (V)

誤点弧が起きる様子を Figure 1.で示します。ハーフブリッジにおいて

Figure 2. ଅ༂ଅĉ༂̇ Crss/Cissハイサイドの MOSFET がターンオンする際、ローサイドの MOSFET の還ആആࠉ༂Ѕ؉ആ ؅༅Ѕ؆ローサイドの誤点弧の対策を下記に示します。しかしどの方法にもデメリットが存在しドレインソース間電圧が上昇します。この時に発生する dV/dt はローサイ
ド MOSFET の帰還ଅĉ Crss ค ฆ؇؉ആ؉ആゲートȆȆആค(赤矢印)ローサイドのゲート電圧は上ます。本アプリケーションノートではスイッチングへの影響が小さく、かつ誤点弧効果が高いアクティブミラークランプによる対策とその効果を示します。

昇します。この電圧が MOSFET の閾値を大きく超える場合ローサイド
MOSFET は誤点弧され、微短絡状態となります。この状態では想定よІअ༂ฆฅค؆ćࠇࠅ̅؅
ます。ただし Crss 

Table 2. 誤点弧の対策とデメリット対策؉ആ༂  MOSFET ༂༂ଅĉ Cgsを通過するため(ข༂̅)、ą؉ଅĉ Ciss (=Cgs+Crss)が Crss に

スイッチングオフ時にゲートに負バイアスを印加する

対して大きい場合は、ゲート電圧の上昇は小さくなります。しかし
Figure 2.に示すように機種によって Crss/Ciss ଅĉ༂̇ԇ

ゲート・ソースԉଅĉ༈ȅ

誤点弧のしやすさも変わってきます。Table 1.に示すケースタイプモジュ

ゲート・ソース間にトランジスタを追ールでは比較的誤点弧が発生しやすいため、特に注意が必要です。

加する(アクティブミラークランプ)
ゲート抵抗を大きくする© 2020 ROHM Co., Ltd.

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デメリット
負バイアス印加用の電源が必要になる、ゲート電圧の定格を超えてしまうことがある
スイッチングが遅くなる
トランジスタ用の制御信号が必要
スイッチングが遅くなる

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アクティブミラークランプによる誤点弧対策

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アクティブミラークランプ؅ഈ
ローサイド MOSFET のゲート・ソース間にトランジスタ(以下ミラークランプ用 MOSFET)を挿入することで、スイッチングオフ時のゲート・ソース間ฆఅ؅ഈCrss を通過する؉ആ؉‫܅‬ค؆؉༂؇؇؅ഈ
す。ゲート OFF 時のみミラークランプ用 MOSFET を ON させる必要があるため、専用の制御信号が必要となります。下記に示すロームのゲートドライバは、ミラークランプ制御機能を搭載しているため、簡単にアクティブミ؅ഈ༅Ȇ。ロームには、ミラークランプ用 MOSFETを内蔵したタイプと、外付け MOSFET を使用するタイプの２種類のゲー
ト ド ラ イ バ を 用 意 し て お り ま す 。 Table 3. に ロ ー ム の ゲ ー ト ド ラ イ ブ
IC(GDIC)がいずれに対応するか示します。
Figure 4. 外付け MOSFET ༄༂؅ഈ
Table 3. ロームのゲートドライブ IC とミラークランプの種類
Part-No

ミラークランプの種類

なおアクティブミラークランプとして用いる外付け MOSFET はロームのBM60052AFV-C

IC 内蔵 MOSFET

RF6E065BNTCR をおすすめします。

BM60054AFV-C

IC 内蔵 MOSFET

BM60055AFV-C

IC 内蔵 MOSFETBM6101FV-C

外付け MOSFETBM6102FV-C

外付け MOSFETBM6104FV-C

外付け MOSFET

アクティブミラークランプの効果༄ SiC パワーモジュール BSM600D12P3G001 用のゲートドライブ基板（BSMGD3G12D24-EVK001）には以下の機ଆ༄༂؉؅ഈ༄ Figure 3.に示しȇข

ます。؅ഈ༄༂ࠅЅート抵抗とプッ(https://www.rohm.co.jp/power-device-support)

シュプルトランジスタを介すためインピーダンスが大きくなります（赤字配線）。一方ミラークランプ用 MOSFET を内蔵した GDIC を使用すること・ミラークランプ内蔵トランジスタ搭載でミラークランプ用 MOSFET のオン抵抗のみとなりインピーダンスを下げる・絶縁電源内蔵ことができます༏ขଅĉഇ༏。また、外付け MOSFET を使用するタイプ

・短絡保護機能༄༂؅ഈ༄ Figure 4.に示します。外付けの・電圧低下保護

MOSFET をゲート・ソース間の近くに配置することで、配線のインピーダン・過電圧保護

スを下げることができます。

・フォルト信号ฆฅFigure 5. BSMGD3G12D24-EVK001

Figure 3. GDIC 内蔵 MOSFET ༄༂؅ഈ

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Figure.5 に示すロームのドライブ基板(Fig .5 Board)は前頁に記されたように多くの機能を有するためドライブ IC にクランプ機能が内蔵されたものを使用しています。Fig .5 Board にある؅ഈȅ‫܆‬ਇฅࠇਈた結果を示します。Figure 6.༂؅ഈ
BSM600D12P3G001 を試験サンプルとし Low Side (LS)のMOSFET をスイッチングさせるダブルパルス試験を実施しました。High
Side (HS)は RG_EXT を接続し、ボディダイオードと SBD によるจആ動作のみで使用しています。

Figure 8. ミラークランプ機能がモジュールのゲート端子直近にあるゲートドライブ基板
Fig .5 Board ༄༂ค؅ഈȅ‫܆‬༅
クランプ用 MOSFET をモジュールのゲート端子直近に配置できると、؆Ȉ。Fig .5 Board の部品配置では実線に囲われたミラーク
ランプ機能付きゲートドライブ IC と点線で囲われた端子接続部との位置が遠くなっています。それに対して Figure 8.に示されるような基板のよう

Figure 6. ਈਉ؅ഈにクランプ用 MOSFET ؇༈ĉ༇؆ȅ‫܆‬高くなります。

VDS=600V ,RG_EXT=1.8Ω

VGS-LS(V)VGS-LS(V)VDS=600V ,RG_EXT=1.8Ω

20151050-500.20.4

1500

0.60.8

2015
1050-52400

軸ラベル0

ミラークランプなし

12000.2

1500
12000.4
軸ラベル

0.60.82400

Fig.5 Board←VDS
300-2400

0-300
00.20.4
time (μs)

100.6600-1200←VDS-3600

300-2400-4800

0-36000.8-300-480000.2510VGS-HS(V)

0Fig.5 Board-5-1000.2

0.4
time (μs)

0.60信号端子直近ミラークランプなし

VGS-HS(V)

IDS→

900

Current (A)-1200

Voltage (V)Voltage (V)

600

1200

12000Fig.5 Board

Current (A)

IDS→

900

0.8

0.4time (μs)

0.6

0.8

0.6

0.8

Fig.5 Board50

信号端子直近-5-100Figure 7. ターンオン波形

0.2

0.4
time (μs)

Figure 9. ターンオン波形

Figure 7.はターンオン時のドレイン-ソース電圧 VDE ؉ആ IDEの 波 形 お よ び ゲ ー ト ・ ソ ー ス 電 圧 VGE を 示 し て い ま す 。 ハ イ サ イ ドVGE(VGE-HS)の上昇はミラークランプの効果によりミラークランプが無い

ミラークランプ用 MOSFET の位置による波形の比較を Figure 9.に示し場合の 6.8V から 4V へ減少しており、IDE のサージがピーク値で 22%ます。ハイサイド VGE(VGE-HS)の上昇は Fig .5 Board 使用時の 4V減少。Fig .5 Board を使用する事で誤点弧を抑制する事ができます。

から 1V へ減少しており、IDE のサージの減少は約 4%します。

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Switchiig loss (mn)アクティブミラークランプによる誤点弧対策
160
140
120
100806040200

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RG_EXT=1.8Ω

ErrEoffEon
Fig .5端子直近

Board
クランプ無クランプ有Figure 10. ミラークランプ有無による損失の比較
Figure 10.にミラークランプ条件を変えた場合の損失をグラフに示します。
Fig .5 Board のミラークランプ機能によりターンオン損失 Eon を 20%、リカバリー損失 Err を 55%削減できます。端子直近型であれば Err を؆ 10%削減できます。以上の結果から Fig .5 Board でも十分ミラークランプの効果を得る事ができますが、クランプ用 MOSFET をモジュールのゲート端子近くに配置する事でより高い効果が得られます。

まとめ؅ഈ‫܇‬ഇਈ༅ఆĆਈਈが必要となります。これらの対策と؅ഈ
؅ഈ༄༂̆अ2 ページ目に掲載した、SiC モジュール用ゲートドライブ基板の詳細については、別途お問い合わせ下さい。このアプリケーションノートが SiC モジュールを使用するための一助になることを期待します。
以上© 2020 ROHM Co., Ltd.

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万が一、本製品が故障・誤作動した場合であっても、その影響により人身事故、火災損害等が起こらない
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