【技术】利用500V输入7kW降压型DC-DC转换器的实机验证罗姆第4代SiC MOSFET开关损耗较小特征
罗姆（ROHM）发布了第4代SiC MOSFET，是第3代SiC MOSFET的沟槽栅结构进一步演进，将导通电阻降低约40%，开关损失降低约50%。在本应用笔记中，使用第4代1200V/36mΩ的SiC分立元器件的500V输入7kW输出的降压型DC-DC转换器的实机验证，确认了其有用性，特此报告。
降压型DC-DC 转换器中第４代SiC MOSFET
电路动作原理与损耗解析
对于第3代，第4代SiC MOSFET的开关速度特别有改善。这对减少开关损耗有很大贡献。图3（a）中表示降压型转换器的框图，（b）中表示转换器的开关整体的外观波形。
图3. 降压型DC-DC 转换器（半桥）
如图3（b）所示，转换器中功率器件的损耗包括开关损耗、导通损耗、体二极管损耗、恢复损耗、Coss损耗。（Coss损失较小，故图中未标注出来）关于开关损耗，通常是把单个脉冲的Eon、Eoff能量数据记载在Datesheet中，因此在初期设计阶段进行粗略的损失估计时是很方便的指标。在详细设计中，必须严格算出高电压输入时，高频时的损耗。栅极电压值、栅极驱动器的漏源电阻值、外置栅极电阻值等数Ω的值会在数ns（纳秒）的级别上影响开关时间（Trise/Tfall），使损耗发生了很大的变化，因此进行该栅极驱动器的最佳设计与能否充分利用SiC的高速开关特性紧密相连。
开关损耗仅发生在高边FET（SH）上，以公式（1）表示。下面对其机制进行说明。
在State1中，栅极电压VGS被施加到高侧FET（SH）的SiC MOSFET上，并在State2中超过阈值VGS（th）时，电感器电流开始快速流向SH的通道，直至VGS（on）（Plato电压）为止，仅几ns即可到达负载电流Io。然后，在State3（平台期间）之间通道打开，VDS达到0V。该State2和State3的期间为式（2）所示的导通时的开关时间Trise。式（2）中，State2的电荷量由于通常Datessheet中没有记载，所以从Qgs推定，通过设定系数k调整（通常k是1/3-1/4）。栅极电流Igon是由栅极驱动器电压VGS和栅极导通电压VGS（on）的电位差和介入其中的电阻部分决定的，所以用式（3）给出。公式中，Rsrc是栅极驱动器的源电阻，Rgext为外置栅极电阻、Rgint表示SiC MOSFET内部栅极电阻。
(State4在后面进行说明)
栅极电压降低，进入关断状态（State5-6）。这个Tfall期间用公式（4）表示。注意点是Tfall时段的栅极电流Igoff如式（5）所示，分子只有VGS（on）。一般来说，关断时间会更长一些。式中，Rsnk是同步电阻。
当是电感负载那样的恒流源时，电流波形ID和电压波形VDS变化的时间不重叠，因此式（1）的开关损耗Psw的系数为1/2。另外，在该Trise期间，由于漏源极间容量CossH中储存的电荷在沟道处短路，会产生充放电损耗PcossH（式（6））。
在State4中高边FET（SH）完全开启的期间发生导通损失PcondH（式（7））。此时的有效电流，时比D（=Vo/Vin）通过公式（8）给出。
以上是高边FET(SH)处产生的开关损耗、导通损耗、Coss损耗。
以下是、低边FET(SL)处产生的损耗。
State7、State11以及State1是死区时间期间。低边FET（SL）的体二极管的导通电流会产生损耗（式（9）。
State8-10产生低边FET(SL)的导通损耗(式(10))。此时,实效电流通过公式(11)给出。
低边FET(SL)的Coss的充放电损耗，在SL Turn on时(State 8)Coss已经被电感电流IL已经放电，为ZVS状态(Zero Voltage Switching)，因此通常忽略。
以上是低边FET(SL)处产生的损耗。
在此说明恢复损耗PQrr。发生的时间是State3，是由于低边SL的体二极管的恢复引起的损耗(式(12))。这个损耗由高边FET(SH)和低边FET(SL)分担，为了方便此处合并到高边。
综上所述，高边FET(SH)和低边FET(SL)的综合损耗分别由式(13)和式(14)给出。
特别是关于开关损耗Psw，根据式(2)和(4)，Qgd(对栅极-漏极间电容的米勒平台充电所需的电荷量)越小，Trise/Tfall的时间越短，式(1)的开关损耗Psw被降低。第4代SiC MOSFET相对于第3代Qgd降低了约一半，因此可以减少开关损耗。对转换器的开关频率高频化，负载变化率大，平均来说轻负载运转较多的EV有降低损耗的效果。结果导致续航距离的延长和运行成本的降低。这是使用第4代SiC MOSFET的最大优点。
DC-DC转换器的实机验证
为了确认这点，我们组成下述规格的降圧型DC-DC转换器进行了实机验证。表1是DC-DC转换器和SiC器件的各项参数。用于调整开关速度的外置栅极电阻Rg_ext的数值在权衡了高速开关、振铃以及尖峰之后，取值为3.3Ω。图4是(a)DC-DC转换器电路和(b)半桥部分所用的第4世代SiC MOSFET的评估板(内置去偶电容)，电感L、输出电容Co和输入Bulk电容为外置。
表1.DC-DC转换器规格、SiC器件各项规格
图4.实机验证用降圧型DC-DC转换器电路和第4世代SiC MOSFET评估板
图5是50kHz情况下的Turn on时/Turn off时的VGS、VDS,ID波形。左侧是Turn on时的波形放大。波形可观测到Turnon时上升时间Trise约20ns，非常的高速。图6是该DC-DC转换器的效率、损耗的测定结果。轻负载(1kW附近)时，作为固定损耗的开关损耗，由于第4世代SiC MOSFET开关损耗较小的特征，发挥了显著的作用。而重负载(5kW附近)时，第4世代相对于第３世代损耗也改善了15W以上。图7是转换器损耗的详细理论解析结果，这证明了损耗确实有大约15W的改善。而且，高边FET(SH)的开关损耗和恢复损耗PQrr也大幅降低，这也有助于改善整体损耗。
图5.实测开关波形（500Vin，250Vo/20A(5kW),50kHz）
图6.效率、损耗的测定结果(500Vin，250Vo/7kW,50KHz)
图7.损耗分析结果（计算值）（左：2kW、右：5kW）
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由Topaz转载自ROHM，原文标题为:降压型 DC-DC 转换器中第４代 SiC MOSFET，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
相关推荐
SiC MOSFET损耗计算方法：通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法
本文ROHM将介绍根据在上一篇文章（《SiC MOSFET损耗计算方法：开关波形的测量方法》）中测得的开关波形，使用线性近似法来计算功率损耗的方法。
SiC MOSFET损耗计算方法：开关波形的测量方法
关于根据开关波形计算功率损耗的方法，本文中ROHM将为大家介绍SiC MOSFET开关波形的测量方法。近年来，一些示波器已经具备可以自动计算并显示所观测波形的功率损耗的功能，但如果没有该功能，就需要通过测得的波形来计算损耗了。为此，需要了解具体的测量方法和波形。
在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果：装入牵引逆变器实施模拟行驶试验
本文将介绍牵引逆变器的基本工作和在EV中的评估系统（电机试验台的测试环境）。然后使用其测试结果，按照乘用车油耗测试方法WTLC实施模拟行驶仿真，并通过示例来了解使用第4代SiC MOSFET改善电耗的效果。
ROHM（罗姆） SiC（碳化硅）MOSFET选型指南（中文）
描述- SiC MOSFET原理上在开关过程中不会产生拖尾尾电流，可高速运行且开关损耗低。低导通电阻和小型芯片尺寸造就较低的电容和栅极电荷。此外，SiC还具有如导通电阻增加量很小的优异的材料属性，并且有比导通电阻可能随着温度的升高而上升2倍以上的硅（Si）器件更优异的封装微型化和节能的优点。
型号- SCT3160KL,SCT4062KR,SCT3030KLHR,SCT4013DE,SCT3080AW7,SCT2450KE,SCT3160KW7,SCT2H12NZ,SCT4062KW7HR,SCT2450KEHR,SCT4013DR,SCT3060ALHR,SCT3040KRHR,SCT3060ARHR,SCT3040KLHR,SCT4036KEHR,SCT4045DRHR,SCT3022KLHR,SCT2160KE,SCT3080KW7,SCT3017ALHR,SCT3022AL,SCT3080ALHR,SCT3060AR,SCT3105KLHR,SCT4036KR,SCT3060AL,SCT4026DEHR,SCT4062KRHR,SCT3040KR,SCT2080KE,SCT3080KR,SCT3105KRHR,SCT3120AL,SCT4013DW7,SCT3030KL,SCT4062KWAHR,SCT4062KE,SCT3080ARHR,SCT4036KW7,SCT2280KEHR,SCT3120ALHR,SCT2280KE,SCT4062KWA,SCT3030AR,SCT3030AL,SCT3030AW7,SCT4036KRHR,SCT4045DEHR,SCT3120AW7,SCT3040KL,SCT3105KW7,SCT2080KEHR,SCT4018KW7,SCT4045DWA,SCT3080KL,SCT3030ALHR,SCT4062KW7,SCT3040KW7,SCT3022ALHR,SCT3030ARHR,SCT4045DW7,SCT3017AL,SCT4036KE,SCT4018KE,SCT4045DE,SCT4026DW7,SCT4062KEHR,SCT3080AR,SCT4026DW7HR,SCT4026DE,SCT4026DWA,SCT3160KLHR,SCT3080AL,SCT4045DW7HR,SCT4045DR,SCT2160KEHR,SCT3022KL,SCT4018KR,SCT4026DR,SCT4045DWAHR,SCT3105KL,SCT3160KW7HR,SCT3105KR,SCT3080KLHR,SCT3060AW7,SCT4026DRHR,SCT3080KRHR,SCT4026DWAHR
【经验】简析Sic MOSFET相对于IGBT器件的三个优势：低导通损耗、低开关损耗、高驱动电压条件下更低导通电阻
ROHM的SCT2080KEHR是1200V，导通电阻是80mΩ，电流40A，封装TO-247-3的车规级SiC MOSFET，驱动电压范围VGSS在 -6V~+22V，驱动范围比较窄。本文以CT2080KEHR为例，对比市场通用的1200V/40A的TO-247-3的IGBT单管，说明Sic MOSFET在导通损耗和开关损耗上更具优势。
A-011。图腾柱无桥PFC Vin=200V，Iin=100A，低频引脚上的二极管整流Rohm解决方案模拟器原理图信息
描述- 本资料提供了ROHM公司针对Totem-Pole Bridgeless PFC电路的解决方案，包括电路图、可选择的元器件及其特性。资料详细介绍了SiC MOSFET和Si-FRD二极管的选择，并提供了仿真波形和损耗计算模型。此外，还包含了如何更改电路中元器件的说明以及注意事项。
型号- SCT3160KL,SCT2280KE,SCT4013DE,SCT3030AL,RFN10TF6S,RFNL15TJ6S,SCT2450KE,RFNL20TJ6S,SCT2H12NZ,SCT3040KL,SCT3080KL,SCT3017AL,SCT4036KE,SCT2160KE,SCT4018KE,SCT2120AF,SCT4045DE,SCT3022AL,RFN20TF6S,SCT4026DE,SCT3060AL,RFN20TJ6S,SCT3080AL,SCT3022KL,SCT2080KE,SCT3120AL,SCT3030KL,SCT3105KL,SCT2750NY,SCT4062KE,RFNL10TJ6S
【经验】以SIC MOSFET SCT3040KR为例说明SiC MOS应用中Vds关断尖峰的应对策略
在SiC MOS应用中，通常在mos关断过程中存在较大的Vds尖峰，主要原因在Turn ON 时流过的电流的能量储存在线路和基板布线的寄生电感中，并与开关元件的寄生电容共振所产生的。本文将以ROHM SiC MOSFET SCT3040KR为例说明SiC MOS应用中Vds关断尖峰的应对策略。
ROHM（罗姆）SiC（碳化硅）MOSFET选型指南（英文）
目录- SiC MOSFETs
型号- SCT3160KL,SCT4062KR,SCT3030KLHR,SCT4013DE,SCT3080AW7,SCT2450KE,SCT3160KW7,SCT2H12NZ,SCT4062KW7HR,SCT2450KEHR,SCT4013DR,SCT3060ALHR,SCT3040KLHR,SCT4036KEHR,SCT4045DRHR,SCT3022KLHR,SCT2160KE,SCT3080KW7,SCT3017ALHR,SCT3022AL,SCT3080ALHR,SCT3060AR,SCT3105KLHR,SCT4036KR,SCT3060AL,SCT4026DEHR,SCT4062KRHR,SCT3040KR,SCT2080KE,SCT3080KR,SCT3120AL,SCT4013DW7,SCT3030KL,SCT4062KE,SCT4036KW7,SCT2280KEHR,SCT2280KE,SCT3030AR,SCT3030AL,SCT3030AW7,SCT4036KRHR,SCT4045DEHR,SCT3120AW7,SCT3040KL,SCT3105KW7,SCT2080KEHR,SCT4018KW7,SCT3080KL,SCT3030ALHR,SCT4062KW7,SCT3040KW7,SCT3022ALHR,SCT4045DW7,SCT3017AL,SCT4036KE,SCT4018KE,SCT4045DE,SCT4026DW7,SCT4062KEHR,SCT3080AR,SCT4026DW7HR,SCT4026DE,SCT4036KW7HR,SCT3080AL,SCT4045DW7HR,SCT4045DR,SCT2160KEHR,SCT3022KL,SCT4018KR,SCT4026DR,SCT3105KL,SCT3105KR,SCT3080KLHR,SCT3060AW7,SCT4026DRHR
A-012。无桥PFC Vin=200V，Iin=2.5A，BCM Rohm解决方案模拟器原理图信息
描述- 本资料提供了ROHM Solution Simulator的桥式PFC电路仿真信息，包括电路参数、组件选择、仿真波形和损耗计算模型。资料涵盖了输入电压、电流、输出电压、开关频率等关键参数，并提供了SiC MOSFET、SiC SBD、门驱动器等组件的选择和特性。此外，还展示了仿真波形和损耗计算结果，以帮助用户评估电路性能。
型号- SCT3160KL,SCS208AG,SCT2280KE,SCT4013DE,SCT3030AL,SCS206AG,SCT2450KE,SCS205KG,SCT2H12NZ,SCS220AG,SCS320AHG,SCT3040KL,SCS220KG,SCT3080KL,SCS315AHG,SCT3017AL,SCT4036KE,SCT2160KE,SCT4018KE,SCT2120AF,SCT4045DE,SCS308AHG,SCT3022AL,SCS306AHG,SCS304AHG,SCS310AHG,SCS215AG,SCT4026DE,SCS210AG,SCS302AHG,SCT3060AL,SCS212AG,SCT3080AL,SCT2080KE,SCT3022KL,SCT3120AL,SCT3030KL,SCT3105KL,SCS215KG,SCT2750NY,SCT4062KE,SCS210KG,SCS312AHG
ROHM提供支持电力电子仿真工具PSIM™的第4代SiC MOSFET仿真模型
全球知名半导体制造商ROHM（总部位于日本京都市）开始提供支持电力电子仿真工具PSIM™的第4代SiC MOSFET仿真模型。该模型可在Altair® US公司开发的电力电子和电机控制用的电路仿真工具PSIM™中使用。设计人员可从ROHM官网下载模型文件，轻松进行系统级评估。这一进展使得在更广泛的产业领域中进行高效设计和评估成为可能，并能进一步推动功率元器件的使用。
A-010。图腾柱无桥PFC Vin=200V，Iin=100A，低频引脚上的同步FET Rohm解决方案模拟器原理图信息
描述- 本资料介绍了ROHM的Totem-Pole Bridgeless PFC（同步MOSFET）解决方案，包括可选的器件、仿真波形和损失计算模型。资料详细列出了多种SiC MOSFET和SJ-MOSFET的产品型号及其特性，并提供了如何更改仿真电路中器件的说明。此外，还包含了损失计算模型的输出示例，以及注意事项和免责声明。
型号- SCT3160KL,SCT2280KE,SCT4013DE,SCT3030AL,R6009JNX,SCT2450KE,R6050JNZ4,SCT2H12NZ,SCT3040KL,R6004JNX,SCT3080KL,R6006JNX,R6025JNX,SCT3017AL,SCT4036KE,SCT2160KE,SCT4018KE,SCT2120AF,SCT4045DE,SCT3022AL,R6030JNZ4,SCT4026DE,R6018JNX,SCT3060AL,SCT3080AL,SCT3022KL,SCT2080KE,SCT3120AL,SCT3030KL,SCT3105KL,SCT2750NY,SCT4062KE,R6020JNX
罗姆第4代SiC MOSFET裸芯片批量应用于吉利集团电动汽车品牌“极氪”3种主力车型
日前，搭载了罗姆第4代SiC MOSFET裸芯片的功率模块成功应用于“极氪”电动汽车3种车型的主机逆变器上，有助于延长车辆续航距离以及提高性能。
SiC MOSFET 5kW 高效率无风扇逆变电路
描述- 采用了发挥碳化硅(SiC)MOSFET高频特性的Trans-link交错型逆变电路(1)、实现了5kW时的功率转换效率达到99%以上。在该电路拓扑中，平滑电抗器的电感量可以减小。由于电抗器的匝数减少、使铜损大幅度减少实现了高效率。在这份资料中，介绍这个全新的逆变器设计的例子。
型号- PS2501L-1,MCR18ERTJ200,NJM78L05UA,MCR03EZPJ332,MCR03EZPJ334,RK73B1JTTD104J,PC092-01-00,B4B-XH-A,TR10P,DE1E3KX222MA4BN01,RK73B1JTTD472J,GRM188B31H104KA92,RB751S-40,MB3P-90,RK73B2BTTD105J,RK73B2BTTD4R7J,PH-1X10RG2,RK73B1JTTD103J,B5B-PH-K-S,PH-2X09SG,SSM3K318T,GRM1851X1H472JA44,KRB-408,GRM188B11H103KA01,HOT-2608B,ELXZ350ELL101MF15D,TLP700A,SCT3030AL,GRM188R11H104KA93,MCR10ERTJ4R7,TC4069UBF,RK73B1JTTD102J,PC045-00-00,S4B-EH,MOSX1C1R0J,NJM431U,GRM185B31E105MA12,DE1E3KX102MA4BN01,2SCR542P,GRM188R71E104KA01,PH-2X04SG,FHU-2×4SG,MCR10EZPJ105,PH-2X08SG,RK73B1JTTD153J,RK73B1JTTD101J,MCR03EZPJ101,ADR-48-50-0R5YA,MCR03EZPJ102,MCR03EZPJ103,24LC64SN,EG01C,MCR03ERTJ302,CQ-3303,CT-6E-P5KΩ,TR008A,1SS355,NE555D,ECQE6103KF,MCR18ERTJ4R7,ES1A,GRM188B11H102KA01,PC089-01-00-50P,NJM2732M,BFC233920105,MB4P-90,MCR03ERTJ331,B3P-VH,TBD,STR-A6079M,ACPL-C87AT,SCS212AM,MCR18ERTJ1R0,TRANS-LINK,GRM1851X1H222JA44,2SAR542P,MOSX1C334J,MCR03ERTJ202,FHU-2X9SG,VDCT,UDZS5.1B,ECQE6104KF,ELXZ100ELL681MF15D,S3B-EH,RK73B1JTTD271J,2SC3325,PH-1X04SG,MCR03EZPJ152,GRM188R71E105KA12,ELXS451VSN561MA50S,GRM21BR71E105KA99,MCR03ERTJ470,RK73B1JTTD470J,SCT3017AL,RK73B2BTTD563J,RK73B1JTTD000J,TA48M05F,MCR03ERTJ102,MCR03ERTJ103,SBR1U150SA-13,FHU-2X8SG,450MPH105J,UCS2W220MHD
A-001。升压PFC Vin=200V，Iin=2.5A，BCM Rohm解决方案模拟器原理图信息
描述- 本资料提供了ROHM Solution Simulator的Boost PFC电路仿真信息，包括电路参数、组件选择、仿真波形和损耗计算模型。主要内容包括输入电压、电流、输出电压、开关频率、温度等参数的设定范围，以及SiC MOSFET、SiC SBD等组件的选择和特性。此外，还提供了仿真波形和损耗计算模型，用于分析电路性能和损耗情况。
型号- SCT3160KL,SCS208AG,SCT2280KE,SCT4013DE,SCT3030AL,SCS206AG,SCT2450KE,SCS205KG,SCT2H12NZ,SCS220AG,SCT3040KL,SCS320AHG,SCS220KG,SCT3080KL,SCS315AHG,SCT3017AL,SCT4036KE,SCT2160KE,SCT4018KE,SCT2120AF,SCT4045DE,SCT3022AL,SCS308AHG,SCS306AHG,SCS304AHG,SCS310AHG,SCS215AG,SCT4026DE,SCS210AG,SCT3060AL,SCS302AHG,SCS212AG,SCT3080AL,SCT3022KL,SCT2080KE,SCT3120AL,SCT3030KL,SCT3105KL,SCS215KG,SCT2750NY,SCT4062KE,SCS210KG,SCS312AHG
【经验】如何通过增加栅极电容的方式减缓SiC MOSFET 的米勒效应
SiC MOSFET 同Si 基MOSFET和IGBT一样，由于存在米勒电容，都会有米勒效应的存在。由于SiC材料所带来的优势，SiC MOSFET可以工作在更高开关频率下，这样就会面临更严峻的误触发现象。所以在驱动电路设计中需要增加相关设计，使之能够较为有效地避免误触发。本文将主要介绍增加栅极电容的方式。
电子商城
现货市场
服务
可定制丙烯酸酯胶粘剂的粘度范围：250~36000 mPa·s，硬度范围：50Shore 00~85Shore D，其他参数如外观颜色，固化能量等也可按需定制。
最小起订量： 1 提交需求>
可定制环氧胶的粘度范围：9000~170000 mPa·s；固化方式：可加热、仅室温、可UV；其他参数如外观颜色、硬度等也可按需定制。
最小起订量： 1支 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论