【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。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 1
本文由三年不鸣转载自ROHM官网，原文标题为:电路工作原理和损耗分析，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
【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。
应用笔记 | SiC模块并联驱动振荡的抑制方法
由于并联使用这样的高速元件，有时会发生元件间的并联驱动振荡 (以下简称振荡)。发生振荡的话元件有破坏的危险，因此抑制对策是市场的重要课题之一。本应用笔记将介绍有效抑制功率模块振荡的方法。
【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（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
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
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。
【IC】ROHM采用小型SOT23封装的节能降压型DC-DC转换器IC，可减少电源尺寸，具有完备的设计支持资源
ROHM面向冰箱、洗衣机、PLC、逆变器等消费电子和工业设备应用，开发出4款小型DC-DC转换器IC“BD9E105FP4-Z / BD9E202FP4-Z / BD9E304FP4-LBZ / BD9A201FP4-LBZ”。
降压型DC-DC转换器与升压型DC-DC转换器的输出纹波差异
关于降压型和升压型DC-DC转换器的输出纹波差异，我们将分“降压型DC-DC转换器的输出纹波电压”和“升压型DC-DC转换器的输出纹波电压”两部分进行说明。
ROHM‘s 4th Generation SiC MOSFET Bare Chips Adopted in Three EV Models of ZEEKR from Geely
ROHM has announced the adoption of power modules equipped with 4th generation SiC MOSFET bare chips for the traction inverters in three models of ZEEKR EV brand from Geely, extending the cruising range and improves performance.
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。
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。
ROHM 4th Gen SiC MOSFET Simulation Models for PSIM™ Now Available
ROHM has begun offering 4th Gen SiC MOSFET simulation models compatible with PSIM™, a circuit simulator designed for power electronics and motor drive developed by Altair®. Designers can now easily download model files to perform system-level evaluations, allowing for efficient design and evaluation across a wire range of industrial sectors, further promoting the use of power devices.
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
【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。
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。
电子商城
现货市场
服务
朗能泛亚提供是德(Keysight)，罗德(R&S)等品牌的测试测量仪器维修服务，包括网络分析仪、无线通讯综测仪、信号发生器、频谱分析仪、信号分析仪、电源等仪器维修，支持一台仪器即可维修。
提交需求>
可来图定制均温板VC尺寸50*50mm~600*600 mm，厚度1mm~10mm，最薄0.3mm。当量导热系数可达10000W/M·K，散热量可达10KW, 功率密度可达50W/cm²。项目单次采购额需满足1万元以上，或年需求5万元以上。
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