第三象限/续流期驱动时序深度 — 体二极管 vs 沟道 + 死区交互

电机是感性负载,电感电流不能突变。桥臂某管关断时,电流靠续流路径维持——换流到互补管所在的回路。比如下管关断、电流为正,电流就续流到上管那条路(此时上管尚未/不导通,先走它的体二极管或沟道)。

续流期电流走互补管,但怎么走有两条路(§2):被动走体二极管,或主动 gate 沟道。选哪条决定续流损耗和 SiC 寿命。

续流电流反向流过互补管(source→drain),两条路差别巨大:

• 体二极管(被动):不 gate,电流走反并体二极管。Vf 高(SiC ~3V vs Si 0.7V),续流损耗 = Vf × I 大;且 SiC 体二极管长时导通 → 双极退化(退化页)
• 沟道(第三象限导通):gate 开通互补管,电流从沟道反向流,压降 = I × Rds(on),远低于体二极管 Vf;无双极退化
• 并联分流 + Vgs 调制(corner):沟道开通后体二极管与沟道并联,电流按压降劈分;第三象限沟道压降随 Vgs 升高而降(正 Vgs 越足越省);但大电流下 I × Rds(on) 超过体二极管 Vf(~3V)时,电流劈回体二极管——此时 active freewheeling 收益打折,沟道与体二极管共担

active freewheeling:续流期主动把互补管栅极开通,让电流走沟道而非体二极管——省损耗 + 避退化。与电源 SR 同理(都是"用沟道替二极管"),但语境不同:电源 SR 整流变压器/电感输出,主驱是电机续流。

active freewheeling 不能两管同时开(直通短路),换流必有死区——这就和体二极管、反向恢复缠在一起:

• t0 主动管关 → 死区 1:两管都关,电流被迫走体二极管(沟道还没开)
• t1 死区结束:gate 互补管 → 沟道导通(第三象限),体二极管被低 Rds(on) 沟道旁路(分流走沟道)
• t2 沟道关 → 死区 2:又两管都关 → 电流回到体二极管
• t3 对管开通:体二极管反向恢复,Qrr 尖峰 + 损耗

关键:沟道导通把体二极管时间压到只剩死区两端(死区 1 + 死区 2)。死区越短 → 体二极管导通越少 → Qrr 越小、退化越轻、损耗越低。但死区不能无限短(直通风险)——这是核心取舍。

SiC 把这个取舍逼得更紧:

• 体二极管 Vf 特别高(~3V vs Si 0.7V)→ 走体二极管损耗大,第三象限沟道收益更大
• 双极退化:SiC 体二极管长时导通 → 基面位错扩展 → Rds(on) 漂移、最终失效 → 必须尽量少走体二极管
• 所以 SiC 主驱:active freewheeling(沟道)+ 尽量短死区,把体二极管导通压到最小
• 但短死区逼近直通,且 SiC 开关快、tf 短 → 死区可比 IGBT 短但仍有下限;用 DT compensation / 自适应死区 在安全前提下压短
• (SiC 体二极管反向恢复 Qrr 本身小,真正的痛点是 Vf 损耗 + 退化,不是 Qrr)

第三象限/续流时序翻车几乎都在"放任体二极管"和"死区没和续流协同":

• 放任体二极管续流(不做 active freewheeling) — SiC 高 Vf 损耗大 + 双极退化;主驱应 gate 沟道
• 死区过长 — 体二极管导通时间长 → Qrr 大、SiC 退化重、损耗高;在安全前提下压短
• 死区过短求省损耗 — 逼近直通,得不偿失;用 DT compensation 而非一味压短
• 以为 SiC 痛点是 Qrr — SiC 体二极管 Qrr 小,真痛点是 Vf 损耗 + 退化
• 沟道开通时刻没躲开死区 — gate 早于死区结束 = 直通;时序必须在死区后开、死区前关
• 续流窗口短于最小脉宽/blanking — active FW 来不及开就得关,退回纯体二极管;且 gate 哪个管依赖电流方向检测(过零附近抖动)
• 拿电源 SR 时序直接套主驱 — 语境不同(电机续流 vs 变压器整流),电流方向/换流机制要按主驱重算