Сквозной ток (shoot-through)

Если верхний и нижний ключи полумоста хоть на мгновение открыты вместе, они замыкают питание на землю. Этот сквозной ток греет транзисторы, даёт помехи и при большой мощности выводит мост из строя. Причина не всегда в ошибке управления: ключ может приоткрыться сам от быстрого фронта напряжения.

Обновлено 28 октября 2026 г.Редакция GAW

Сквозной ток (shoot-through, cross-conduction) — ток, который течёт от шины питания на землю через оба ключа полумоста, когда верхний и нижний транзисторы открыты одновременно. Нагрузка в этом пути не участвует, ток ограничен лишь сопротивлениями открытых ключей и проводников, поэтому даже короткие импульсы заметно греют ключи и дают помехи по питанию. Полумост — основа H-моста, синхронного понижающего преобразователя и инвертора.

Откуда он берётся

Перекрытие команд. Открытый ключ закрывается не мгновенно, и если парный открыть сразу, будет интервал, когда проводят оба. Против этого вводят мёртвое время. У драйверов с независимыми входами, как IR2110, паузу задаёт контроллер; в самом драйвере выходной каскад рассчитан на минимальную сквозную проводимость (Infineon, PD60147, с. 1).
Самопроизвольное включение от dV/dt. Когда открывается парный ключ, напряжение на выходе полумоста нарастает за наносекунды, и через ёмкость затвор-сток (Миллера) закрытого ключа на его затвор приходит ток. Если резистор выключения велик, напряжение на затворе превышает порог, ключ приоткрывается — и мост проводит насквозь (Infineon, разд. 3.4). Ёмкости ключа разобраны в термине «Ёмкости MOSFET».
Обратное восстановление диода. Пока диод в плече восстанавливается, через него и включающийся ключ идёт пик тока; AN-978 советует снижать его цепью резистор-диод в затворе (разд. 12).
Запуск бутстрепа. При первом заряде бутстрепного конденсатора ток через резистор в цепи V_S может приоткрыть верхний ключ и дать короткий сквозной импульс (Infineon, разд. 4.3).

Как защищаются

Мера	Что даёт
Мёртвое время	оба ключа закрыты на время переключения
Малое сопротивление выключения затвора	наводка через ёмкость Миллера не поднимает затвор до порога
Диод параллельно резистору затвора, анодом к затвору	медленное включение при быстром выключении, плюс пауза
Отрицательное смещение на затворе	больший запас до порога

Насколько важно сопротивление, показывает опыт из AN-978 (разд. 9, рис. 19): на затвор закрытого верхнего IGBT подавали растущее положительное смещение и включали нижний при 15 А и 6 В/нс. Потери на включение нижнего начинали расти из-за сквозного тока при смещении 4 В с резистором затвора 47 Ом, 5 В с 10 Ом и 5,6 В без резистора — чем больше сопротивление, тем меньше запас. Драйверы для полумостов — в термине «Драйвер затвора» и на странице IR2110.

Частые вопросы

Почему бывает сквозной ток, если мёртвое время задано?

Потому что закрытый ключ может приоткрыться сам. Когда включается парный ключ, напряжение на выходе полумоста скачет за наносекунды, и через ёмкость Миллера на затвор закрытого ключа приходит ток. Если резистор в цепи затвора велик, напряжение на затворе поднимается выше порога (AN-978, разд. 9; Infineon, разд. 3.4). Помогают малое сопротивление выключения, диод параллельно резистору затвора и отрицательное смещение.

Как отличить сквозной ток от заряда ёмкости ключа на осциллограмме?

AN-978 предупреждает, что бросок тока при перезаряде выходной ёмкости COES часто принимают за сквозной: у IRGPC50F при 20 В/нс это около 5 А, и его амплитуда не меняется от отрицательного смещения затвора (разд. 9). Настоящий сквозной ток растёт с напряжением на затворе закрытого ключа и проявляется в росте потерь на включение.

Сколько мёртвого времени нужно?

Больше, чем разница между задержками выключения одного ключа и включения другого с учётом разброса драйвера и самих транзисторов. У IR2110 задержка включения до 150 нс, выключения до 125 нс, а рассогласование каналов до 10 нс (PD60147) — к этому добавляют времена переключения выбранных MOSFET. Как задают паузу в таймерах и драйверах — в термине «Мёртвое время».

Источники

International Rectifier (Infineon). AN-978 RevD: HV Floating MOS-Gate Driver ICs, 2007 — разд. 2.1: для минимального мёртвого времени — драйверы со встроенной паузой или драйвер верхнего и нижнего ключа с пассивными компонентами (разд. 12); разд. 9: включение от dv/dt — ёмкость затвор-коллектор (Миллера) подаёт заряд на затвор; тест — порог, при котором растут потери на включение нижнего IGBT из-за сквозного тока, 4, 5 и 5,6 В при последовательном резисторе 47, 10 и 0 Ом (15 А, 6 В/нс, рис. 18, 19); диод параллельно резистору затвора (анодом к затвору) прижимает затвор к нулю; бросок тока заряда COES (около 5 А у IRGPC50F при 20 В/нс) часто принимают за сквозной; резистор между затворами Q3 и Q4 ограничивает сквозной ток в самом буфере; разд. 12: цепь резистор-диод в затворе задерживает включение без влияния на выключение, добавляет мёртвое время и снижает пик тока при обратном восстановлении
Infineon. Using monolithic high-voltage gate drivers, Application note, Revision 1.01, 2024-11-20 — разд. 3.4: при включении парного ключа dV/dt выхода наводит ток через ёмкость CRES закрытого IGBT в резистор выключения; если падение на нём превысит порог, IGBT откроется сам, вызывая колебания и сквозную проводимость; резистор выключения выбирают по худшему случаю, включая выбросы от длинного кабеля двигателя; разд. 4.3: ток через резистор в цепи VS при первом заряде бутстрепа может приоткрыть верхний IGBT и дать короткий сквозной ток
Infineon (International Rectifier). IR2110(S)PbF/IR2113(S)PbF High and Low Side Driver, Data Sheet No. PD60147 rev.V, 2019 — с. 1: выходной буфер рассчитан на минимальную сквозную проводимость в самом драйвере; Dynamic: ton 120/150 нс, toff 94/125 нс (типично/максимум), согласование задержек верхнего и нижнего канала до 10 нс; входы HIN и LIN независимые

Нашли ошибку?