【经验】电路工作原理和损耗分析
在介绍“在降压型DC-DC转换器中使用第4代SiC MOSFET的效果”之前,我们先来了解一下电路工作原理和损耗分析。
了解之后可了解 DC-DC转换器实机验证 。
第4代SiC MOSFET的特点
在降压型DC-DC转换器中使用第4代SiC MOSFET的效果
●电路工作原理和损耗分析
●DC-DC转换器实机验证
在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果
●EV应用
●装入牵引逆变器实施模拟行驶试验
●图腾柱PFC实机评估
在降压型DC-DC转换器中使用第4代SiC MOSFET的效果:电路工作原理和损耗分析
与第3代SiC MOSFET相比,第4代SiC MOSFET的高速开关特性改善尤为明显,这将非常有助于降低开关损耗。图1(a)是降压型DC-DC转换器的框图,图1(b)是其开关波形。
图 1 降压型DC-DC转换器(半桥)
如图1(b)所示,DC-DC转换器中的功率器件SH和SL的损耗包括开关损耗Psw、传导损耗Pcond、体二极管损耗Pbody、反向恢复损耗PQrr和Coss损耗。(*由于Coss损耗很小,因此图中省略了Coss损耗)
在技术规格书中,开关损耗通常表示为Eon、Eoff的每个脉冲所消耗的能量。这个指标在初期设计阶段进行损耗粗略估算时很有用。在具体设计中,需要严谨地计算出在高电压输入和高频条件下的损耗。栅极电压值、栅极驱动器的Sink/Source电阻值、外置栅极电阻值等几Ω的值,会在几ns(纳秒)量级影响到开关时间(Trise/Tfall)。而这最终会导致损耗显著变化,因此栅极驱动器的优化设计将需要用到SiC MOSFET的高速开关特性。
高边SiC MOSFET SH产生的损耗
开关损耗仅由高边SiC MOSFET SH产生,通过公式(1)表示。下面来讲解其机理。
公式 1
在State 1【图1(b)中的T期间编号,下同】,栅极电压VGS施加在高边SiC MOSFET(SH)上,当在State 2超过阈值VGS(th)时,电感电流开始快速流过SH时,电感电流开始快速流过VGS(on)(平台电压)之前的短短几纳秒内即可达到负载电流Io。然后在State 3(电压平台期)期间通道开通, VDS达到0V。State 2和State 3期间是公式(2)中所示的导通时的开关期间Trise。在技术规格书中通常不会给出State 2的电荷量,所以在公式(2)中电荷量是通过Qgs估算的,用系数k进行调整(通常k为1/3-1/4)。
另外,栅极电流Ig_on是由栅极驱动器电压VGS和栅极导通电压VGS(on)之间的电位差以及那里存在的电阻量决定的,因此可通过公式(3)来计算。公式中的Rsrc表示栅极驱动器的源极电阻,Rg_ext表示外置栅极电阻,Rg_int表示SiC MOSFET内部栅极电阻。
公式 2 和 3
(后面再讲State 4)
栅极电压下降,进入关断状态(State 5-6)。该Tfall期间由公式(4) 表示。需要注意的是,如公式(5)所示,Tfall期间的栅极电流Ig_off的分子只有VGS(on)。一般情况下,关断时间会稍长。公式中的Rsnk表示Sink电阻。
公式 4 和 5
在可以将其视为电感负载类的恒流源的情况下,由于电流波形波ID和电压波形VDS变化的时序不会重叠,因此公式(1)中开关损耗Psw的系数为1/2。
另外,在该Trise期间,由于存储在漏-源电容CossH中的电荷会在通道中短路,因此会产生公式(6)所示的充放电损耗PcossH。
公式 6
在State 4中,在高边SiC MOSFET SH完全导通期间产生传导损耗PcossH[公式(7)]。此时的有效电流使用占空比D(=Vo/Vin)通过公式(8)求出。
公式 7和8
以上就是高边SiC MOSFET SH产生的开关损耗、传导损耗及Coss损耗。
低边SiC MOSFET SL产生的损耗
接下来,我们来了解一下低边SiC MOSFET SL产生的损耗。
State 7、State 11及State 1是死区时间。流向低边SiC MOSFET SL的体二极管的传导电流会产生损耗[公式(9)]。
公式 9
在State 8~10中,低边SiC MOSFET SLの会产生传导损耗[公式(10)]。此时的有效电流通过公式(11)求得。
公式 10和11
低边SiC MOSFET SL的Coss充放电损耗在 SL导通时(State 8)通常会被忽略,这是因为Coss电荷已经通过电感电流IL被放电而成为ZVS(Zero Voltage Switching)。
以上就是低边SiC MOSFET SL产生的损耗。
反向恢复损耗PQrr
反向恢复损耗PQrr发生的时间点是在State 3,是由低边SiC MOSFET SL的体二极管的反向恢复特性引起的损耗[公式(12)]。该损耗由高边SiC MOSFET SH和低边SiC MOSFET SL共同导致,在这里为了简单起见,归在高边SiC MOSFET SH产生的损耗中。
公式 12
总损耗
综上所述,高边SiC MOSFET SH和低边SiC MOSFET SL的总损耗分别通过公式(13)和公式(14)求得。
公式 13 和 14
尤其是关于开关损耗Psw,由公式(2)和公式(4)可知,Qgd(对栅-漏电容充电的米勒平台电荷量)越小,Trise/Tfall的时间越短,因此公式(1)中的开关损耗Psw得以降低。通过将Qgd降低至第3代SiC MOSFET的一半左右,第4代SiC MOSFET可实现更低的开关损耗。
这将有助于提高DC-DC转换器的开关频率,另外,在负载变化率大且整体上多以轻负载模式运行的EV中,可有效降低损耗,从而延长续航里程,降低运行成本。使用第4代SiC MOSFET所带来的这些效果,将会给客户来带很大的优势。
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产品型号
|
品类
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Grade
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ch
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Integrated FET / Controller
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Topology
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Synchronous / Nonsynchronous
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Vin1 (Min.)[V]
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Vin1 (Max.)[V]
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Vout1 (Min.)[V]
|
Vout1 (Max.)[V]
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Iout1 (Max.)[A]
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SW frequency (Max.)[MHz]
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Light Load mode
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EN
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PGOOD
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Operating Temperature (Min.)[°C]
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Operating Temperature (Max.)[°C]
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Package
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BD9E200FP4-Z
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降压型DC-DC转换器IC
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Standard
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1
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Integrated FET
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Buck
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Synchronous
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4.5
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目录- 一次电源综合解决方案 一次电源产品矩阵 AC/DC转换器产品开发方针 各类电源方式的产品概要 各类产品的特点和产品阵容 第3代沟槽结构SiC MOSFET 第3代SiC肖特基势垒二极管 第2代超级结MOSFET(600V、650V) 第4代快速恢复二极管RFS/RFL系列 第3代快速恢复二极管RFNL7RFV系列 齐纳二极管 分流电阻器 高可靠性电阻器
型号- BD7673AG,BD768XFJ,UDZGVTE-1713B,RFV12TG6S,BM2P141W,R6009JND3,BM1P105FJ,BM2P141X,KN 系列,R6507KNJ,BM2P249TF,R6025JNZ,PDZV,UDZFVFHTE-173.9B,UDZGVFHTE-173.9B,R6025JNX,UDZFVTE-178.2B,R6507KNX,UDZFVTE-177.5B,UDZGVFHTE-1718B,UDZFVTE-176.8B,SDR,BM2P131E,MCR01,SCT3022AL,BM2P104QF,UDZGVTE-1724B,MCR03,SCS306AHG,UDZGVTE-1712B,R6509KND3,SDZ,GMR,UDZGVTE-1736B,UDZGVFHTE-176.2B,R6047KNZ4,SCT3120AL,RFS20TJ6S,BM1PXXBFJ,BM2PA15,EDZV,UDZGVTE-1711B,PML50,SCT2280KE,BM2P137QK,R6009ENX,SCS210KGHR,BM1R001XXF,KTR25,SCS240AE2HR,UCR01,UCR03,BM2P131X,BM2P131W,UDZFVFHTE-176.2B,R6003KND3,BM1QXXX,R6009ENJ,SCT3080KL,SCS312AM,SFR,UDZGVFHTE-1716B,UDZGVTE-1722B,BM2P011,UDZGVTE-1710B,R6024KNZ4,BM2P139TF,RFV5BM6S,UCR18,BM2P016,R6547KNZ4,SCS240AE2,BM2P014,BM2P015,BM2P012,UCR10,BM2P013,BM1P101,SCT2750NY,R6070JNZ4,UDZGVFHTE-174.7B,UDZFVFHTE-174.7B,BM2P0361,BZX84B,BM1PXXCFJ,BZX84C,BM2PA35,RFNL10TJ6S,UDZGVTE-1733B,BM2P134E,BM1C102,BM1C101,UDZFVTE-1716B,AC/DC系列,R6511KND3,UDZGVTE-174.3B,SCS210AGHR,BM2P121W,BM2P134EF,BM1P107FJ,BM2P121X,BM2P012T,R6004KNX,UDZGVTE-173.6B,BM1P062FJ,BM2P137TKF,SCT2160KE,R6004JNJ,BD7672BG,R6030JNZ4,RFV,R6524ENZ,R6524ENX,UDZFVTE-1715B,UDZGVTE-1720B,UDZFVTE-1727B,UDZGVTE-175.1B,BM1Q001FJ,BM2P101GK,UDZGVFHTE-1715B,R6515KNX1,R6524ENJ,SCS210KE2,BM2P134Q,BM2P0141,UDZGVFHTE-1727B,R6011ENX,R6015KNX,R6015KNZ,RFVS8TG6S,RFNL10TJ6S*3,BM2P129TF,PML10,UDZFVTE-1718B,MCR10,BM1051F,BM2P133EK,UDZGVFHTE-175.6B,UCR006,UDZGVFHTE-1736B,UDZFVFHTE-175.1B,UDZGVFHTE-1724B,UDZGVFHTE-1712B,BM1P061FJ,BM2P014T,BMXFJ,BM2P0391,R6035ENZ4,UDZFVTE-179.1B,BM2P0151,PML18,R6020ENZ4,R6004KNJ,R6576KNZ4,BM2P101E,MCR25,SCS215AM,SCS215AG,UDZGVTE-1730B,BM1Q002FJ,BM2SCQ124T-LB,RFS30TZ6S,SCS215AE,UDZFVFHTE-173.6B,R6015KNJ,UDZFVFHTE-174.3B,UDZGVFHTE-1713B,R6011ENJ,BM1PXXX,BM2P0161,SCS220AGHR,RFL60TZ6S,MCR18,BM1050AF,BM2P181W,UDZFVTE-1724B,TFZV,UDZFVTE-1736B,R6007ENX,UDZFVTE-1712B,R6504KNJ,RFVS8TJ6S,BM2PXX1,UDZGV,RFL60TS6D,BM2P135TF,R6007ENJ,SCS230AE2,R6504KND3,BD7671FJ,PSR400,SCS210AM,R6035KNZ,SCS210AG,UDZFVTE-1711B,R6515KNX,UDZGVFHTE-179.1B,R6515KNZ,SCS210KE2HR,SCS215KG,R6030ENZ,R6030ENX,BM2P134QF,R6004JND3,BM2P061E,R6504KNX,BM1C102F,R6030KNZ4,R6507KND3,SCS220AM,BM1P06CFJ,PML100,BM2PXXX,R6011KNX,MCR50,SCS220AE,R6007END3,SCS220AG,ESR25,R6511ENX,SDR03,SDR05,R6511ENJ,BM2P064EF,R6515KNJ,BM1C101F,R6530ENZ,ESR,SCS310AHG,R6530ENX,UDZFVTE-1713B,UDZGVFHTE-176.8B,UDZGVFHTE-177.5B,SCT3080AL,UDZGVFHTE-178.2B,ESR10,UDZFV,ESR18,R6011KNJ,SCH2080KE,RGCL,MCR,BM2P051F,TDZV,SCS205KG,UDZFVTE-1720B,BM2P0922F,BM2P131GK,SCS212AGHR,R60XXENX,R6530KNZ4,R6535ENZ4,SCS205KGHR,BM2P0161K,ESR03,ESR01,BM1P066FJ,BD7692FJ,BM2P064E,BM2P052F,SCS212AM,R6012JNX,BM2P159PF,SCS212AG,UFZV,BM2P131FK,RFNL5TJ6S,SCS320AM,R6020ENX,R6024KNX,R6011KND3,R6020ENZ,R6524KNZ4,SCS206AGHR,R6024KNZ,BM2P053F,BD7681FJ,R6520ENZ4,BM1Q103FJ,R6509ENJ,R6020ENJ,BM2P151X,UDZFVTE-1722B,R6024KNJ,R6050JNZ4,RFNL20TJ6S,BM2P151W,R6535KNZ,RFV12TJ6S,UDZFVTE-1710B,MCR100,R6530KNX1,SCS320AHG,SCS310AM,R6509ENX,BM1P065FJ,PSR100,R6012JNJ,BM2P054F,BD7691FJ,BD7679G,SCS308AHG,R6076ENZ4,R6524KNX1,RFS60TZ6S,UDZFVTE-1733B,PML,BM2P0322,RFL30TZ6S,SCT3105KL,PMR,BM1Q104FJ,R6035KNZ4,R60XXKNX,R65XXENX,BM2P26CK,BM2PXXXC,SFR10,R6020JNJ,SCS308AM,UDZFVFHTE-1727B,UDZFVFHTE-1715B,SFR03,R60XX,BM2SCQ12XT,SFR01,R6520ENX,R6524KNX,R6520ENZ,BM1P068FJ,BD7690FJ,R6524KNZ,BD85506F,SCT3060AL,R6520ENJ,UDZV,UDZFVFHTE-1716B,R6009END3,R6524KNJ,SCT3030KL,UDZGVTE-179.1B,BM2SCQ121T-LB,PMR03,RFNL5BM6S,R6020KNZ4,RFV8BM6S,R6002END3,R6020KNX,SCS312AHG,BM2P189TF,R6020KNZ,PMR01,R6006KND3,BM2P061FK,R6015ENZ,BM2P074KF,R6007JNJ,R6020KNJ,UDZFVTE-1730B,BM2P107QKF,SFR25,RFV15TG6S,PMR18,BM1P067FJ,R6042JNZ4,BM2P061GK,PMR10,UDZFVFHTE-1718B,R6004ENJ,R6018JNX,R6004ENX,R6047ENZ4,UDZGVTE-176.8B,R6030JNZ,PMR25,R6509END3,R6015ENJ,R6502END3,SFR18,UDZGVTE-178.2B,KDZV,SCS210KG,RFV8TG6S,UDZGVTE-177.5B,R6007JNX,BM2P091F,R6015ENX,SCS215AGHR,BM2PXXXP,SCT3160KL,R6009JNX,R6020JNZ4,RFNL15TJ6S,R6009JNJ,R6507ENJ,SCT2450KE,R6007KND3,SCS220AE2,R6030ENZ4,R6507ENX,BM2P092F,RFV15TJ6S,SCS220KE2HR,PSR,R6511KNX,R6547ENZ4,SDR10,R6024ENZ4,BM2P093F,R6576ENZ4,UDZLV,RFNL5BGE6S,SCS208AGHR,R6009KNJ,SCT3040KL,SCS310A,RFNL,PTZ,BM2P094F,PSR500,R6511KNJ,SCT3017AL,PFC系列,R6006JND3,R80XXKNX,R6009KNX,R6020JNX,R6020JNZ,BM2P095F,BM2P109TF,SCS220KE2,SCS206AG,SCS304AM,SCT2H12NY,SCT2H12NZ,BM2P0522F,BM2P101W,BM1P101FJ,BM2P101X,BM2SCQ12XT-LB,BM2P101V,R6004END3,UDZFVFHTE-177.5B,UDZGVFHTE-1722B,BM2SCQ123T-LB,R6507END3,UDZFVFHTE-178.2B,UDZGVFHTE-1710B,BM2P016T,UDZFVFHTE-1730B,UDZGVTE-174.7B,BM2P091,UDZFVFHTE-176.8B,BM2P01XT,BM1Q001,UDZFVTE-173.9B,YFZV,R6076KNZ4,LTR18,RFV30TG6S,UDZFVFHTE-1720B,KDZLV,SCS315AM,UDZGVTE-176.2B,SCT2080KE,R6024ENZ,R6024ENX,UDZGVFHTE-1711B,SCS220AE2HR,R6535ENZ,SCS220KGHR,PMR100,LTR10,RFS30TS6D,R6024ENJ,CDZV,SCT3030AL,UDZFVTE-175.1B,BM2P104E,UDZFVFHTE-1733B,R6509KNJ,R6511END3,BM1Q011FJ,BM2P101FK,R6004JNX,UDZFVFHTE-179.1B,R6504END3,UDZGVFHTE-1720B,R6509KNX,SCS315AHG,R6025JNZ4,SCT2120AF,BM2P094,SCS304AHG,UDZFVTE-174.3B,BM2P092,BM2P093,UDZFVFHTE-1710B,UDZGVTE-1718B,BM2P107QK,UDZFVFHTE-1722B,R6007JND3,SCS230AE2HR,R65XXKNX,BM2PA96
德欧泰克SiC MOSFET具有1200V VDS和52A连续ID,满足直流快速充电站应用需求
直流快速充电站是电动汽车需要在尽可能短的时间内最大续航里程的理想解决方案。DIOTEC的SiC MOSFET DIF120SIC053功率MOSFET脱颖而出,使这一切成为可能。该MOSFET具1200V VDS和52A连续ID,TO-247-4L封装,并配备开尔文源触点,便于散热器安装,RDS(ON)<53mΩ。
应用方案 发布时间 : 2024-07-18
SCT2H12NZ 1700V高耐压SiC MOSFET
型号- SCT2280KE,SCT212AF,SCT2450KE,SCT2160KEAHR,SCT2450KEAHR,SCT2H12NZ,SCT3022KL,SCT2080KE,SCT3040KL,SCT3030KL,BD7682FJ-LB-EVK-402,SCH2080KE,SCT2H12NYSCT2750NY,SCT2080KEAHR,SCT2280KEAHR,SCT2160KE
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
在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果:图腾柱PFC实机评估
本文将介绍在相同的BEV电源架构的组成模块之一—OBC的双向图腾柱PFC中使用第4代SiC MOSFET时的实验结果。图腾柱PFC是作为可提高效率的PFC转换器在近年来备受关注的拓扑。另外,为了微电网系统更加稳定,并促进供需平衡,全球范围都在研究V2G(Vehicle To Grid),双向工作也变得越发重要。
设计经验 发布时间 : 2024-07-14
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可定制电感最大电流100A,尺寸最小7 x 7 x 3.0mm到最大35 x 34 x 15.5 mm,工作频率100KHZ ~ 2MHZ,感值范围:0.15 ~ 100uh;支持大功率电感,扁平线电感,大电流电感,高频电感,汽车电感器,车规电感,一体成型电感等定制。
最小起订量: 5000 提交需求>
可定制车规级电感的电流范围0.3~17.9A,尺寸最小1x0.55x0.5mm到最大12.5x12.5x6mm,工作频率100KHz~2MHz,感值范围:0.47uH~4.7mH。符合IATF16949和AECQ-200。SPQ为5K。
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