碳化硅如何改进开关电源转换器设计？

时间： 2024-05-11 来源：TOPPOWER（顶源科技）官网

技术问答

在设计电源转换器时，碳化硅(SiC)等宽带隙(WBG)技术现在是组件选择过程中的现实选择。650V SiC MOSFET的推出使其对于以前未考虑过的应用更具吸引力。

它们在高效硬开关拓扑中具有卓越的鲁棒性，使其成为实现千瓦级电源解决方案的功率因数校正(PFC)级的理想选择。而且，由于支持更高的开关频率，更小的磁性元件成为一种选择，为许多设计带来可喜的体积减小。

天下没有的午餐虽然好处很多，但仅仅通过将SiC MOSFET放入去除硅等效物留下的间隙中并不能实现这些好处。工程师需要花时间了解它们的特征，以充分利用变革，同时还要了解它们不同的局限性和故障模式。CoolSiC器件中体二极管的正向电压是硅MOSFET的四倍。因此，LLC转换器在轻负载时效率可能会下降0.5%。PFC 拓扑的高效率还可以通过通道而不是体二极管升压来实现。

在工作温度下，导通电阻与硅相当一个关键的比较参数是导通电阻RDS(on)。硅MOSFET表面上看起来比SiC更好，但由于其倍增系数(κ)较低，84mΩ CoolSiC器件在100°C下可实现与57mΩ CoolMOS器件相同的RDS(on)（图1）。CoolSiC还提供比硅MOSFET更高的击穿电压V(BR)DSS，这对于在低温环境下启动的应用非常有用。

图1：Cool-SiC的温度对RDS(on)的影响低于CoolMOS，因此在典型工作温度下具有相似的导通电阻。

EiceDRIVER系列仍然是CoolSiC MOSFET的理想伴侣。然而，为了实现数据表中定义的低RDS(on)，需要18V的栅极电压(VGS)，而不是硅MOSFET的典型12V。如果选择新的栅极驱动器，值得选择具有13V欠压锁定功能的栅极驱动器，以确保目标应用异常条件下的安全运行。SiC的另一个优点是温度对25°C至150°C之间传输特性的影响有限（图2）。

避免负栅极电压负栅极电压可能会导致SiC MOSFET的长期退化，从而导致潜在故障。因此，设计工程师应确保VGS不会在超过15ns的时间内降至-2V以下。如果发生这种情况，可能会导致栅极阈值电压(VGS(th))发生漂移，从而在应用的整个生命周期内增加RDS(on)。终，这会导致来之不易的系统效率提升下降，而这正是许多情况下选择SiC的关键原因。

图2：25°C（左）和150°C（右）的传输特性对SiC器件的影响明显低于硅MOSFET。

高值电阻器通常与硅MOSFET一起使用，以对抗负VGS，从而减慢di/dt和dv/dt。然而，对于SiC器件，方法是在栅极和源极之间插入二极管电压钳位。如果负电压纯粹是电感问题，强烈建议选择具有开尔文源的CoolSiC器件。这可能导致EON损耗比没有它的设备低三倍（图3）。

图3：为了避免SiC MOSFET的栅极变为负值，应考虑二极管钳位、单独的公共端和开尔文源。

效率超过99% CoolSiC MOSFET的另一个优势是在漏极-源极电压VDS高于50V左右时具有更高的输出电容COSS。这可以降低过冲水平，而无需实现栅极电阻。SiC技术的QOSS行为也有利于硬谐振开关拓扑，因为需要更少的放电，这会影响CCM图腾柱PFC中的Eon损耗。使用48mΩ器件，3.3kW CCM图腾柱PFC的效率可达到99%以上（图4），其中在双升压PFC设计中使用Cool MOS的效率峰值可达98.85%。而且，尽管SiC MOSFET的成本较高，但基于SiC的设计更具成本竞争力。

图4：即使是107 mΩ CoolSiC CCM图腾柱PFC的效率也接近99%，基本上优于的CoolMOS双升压PFC方法。

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目录- 直流电源转换器交直流转换控制器复位IC 稳压器 LED驱动 OLED 驱动闸驱动控制马达驱动开关与过滤控制 USB 充电端口控制器霍尔开关音频功放运算放大器电池管理 EEPROM存储芯片（记忆体）触控IC MOS 管开关电感分离器件可恢复式保险丝晶振车用电子（AEC-Q101)

型号- LM4689,RUR04N02,TWSS,TBAXXXW,TWSR,TMBTA94,TMBZ5229B,TBAXXXL,TS3A24159,MC7805,F0805L010,KOL7050,TMBTA92,24C128,TESD6A6V8W6,S-93C46,TSODJ28CA-SH,TMBR340F,LM432,LM431,TRBXXXF-XX,TESD5L3.3C,AM4102,S-24C32,TMBZ5228B,TBAS70-05L,TWSF,TMBT6520,FSUB42,TRB751V-40,F0805L020,TESD5L3.3,TM3Z9V1,TSODJ12CA-SH,TWSI,TSOD4005-SH,S-24C02,S-24C04,F1210L200SL,AOT4N60,S-24C08,TMSZ5238B,TMBT6517,2N7002DKW,F1206L400SL,TDTC114YE,MX25P128,TMSZ5239B,TMBTA55L,F0805L260SLTH,TMBR120F,TM5Z22V,KSS7050,TMBT4403W,AOT7S60,S-24C16,T2SCXXXL,F0805L050-9,T2SCXXXW,T2SD1781KR,TMSZ5237B,F0603L,RT8293,TMBTA56L,TESD9D3.3C,RT9149,TPA3110,TX99-04B,F2920L200,KF868.35,TESD5Z5.0C,F1210L005,TBC807-40L,LT1084,KOG3225,AM6310,KVL7050,TBZX84C7V5,S-24C64,A2610,F0805L050,TUDZS20B,TM5Z24V,TBC807-40W,TMBT4401L,KRT7050,RB520G-30,TMBT4401W,2SAXXXM3,F1812L020-60,KF8042,BAT750,AOTF11S60,TMBT4403L,TMBTA42,TESD6AXXXW6,TSODJ7.5CA-SH,AP8370,TBZT52C2V4,FAN73892MX,TBZT52C2V7,AOTF11S65,MP9115,KTC7050,TBC848CPDW,F1210L020,AP8366,TBC847BDW,KF8037,A4810,RB520CS-30,A4812,A4813,R3111,R1EX241024,AM3416A,8MXX,AM8958,R1EX24512,F2920L300-15,F0805L035,T2SC1623SW,A4808,A4809,KF8021,TBAT54TW,KF8022,WSA,KF8023,A4804,F1210L010,KF8024,A4805,WSC,A4806,TCM809,TDTC114TE,TSODJ5.0A-SH,KF8028,3C46,WSF,WSI,TBZX84B4V7,WSM,WSP,WSS,WSR,F2920L300-24,MDL301,RT9101,MPS915,KSM1610,SM5100C,F2920L250,KF8010,TSODJ30CA-SH,TSODJ45A-SH,MBTXXXM,KF8011,KF8012,ESD5V0S1,KF8013,AO324A,TBA277,AM2309,MBTXXXW,KF8017,AM2308,AM2307,AM2306,MBTXXXT,AM2305,AM2304,AM2303,AM2302,TBC847BL,TBZT52B3V3,AM2301,KR915,AM2300,630,TBZT52B3V0,TBZT52B3V6,TMBZ5221B,TBC847BT,TDTC115EE,FM401-407,TSTZ5.6N,TBZT52B3V9,TBC847BW,F1210L035,TBAS21C,F2920L260,KF8002,F-11,KF8007,TBAT54L,KF8008,KF8009,TBAS21H,TESD8H5.0C,AM4501,LT3400B,T2SCXXX/W,TBAT54H,TBC847CL,A24C256,TBAT54W,AO4406A,642,T1SSXXX,TBC847CW,TRB501V-40,T2SCXXX/L,S-1111,MBD2836,F1206L600SL,AM0830H,AM4953,MBD2838,TBAS20H,TBSS84DW,F0805L075,MAX4685,MAX4684,F1210L400SL,9LXX,MBTXXXX,F1210L050,AM2319,AM2318,AM2317,NCP717,2N7002W,AM2313,AM2312,TBC847AL,AM2311,AM2310,TDTA114EE,KF7139,TBAV70L,NLAS3157,F1206L025-24,2SAXXX,TBAV70W,TBC847AW,TMBTXXX/L,TBAV70T,TBZX84C3V3,BR24L2048,TBZX84C3V0,WSF8D,TBC817-25L,TSODJ36A-SH,S-1132,TBZX84C3V9,TMBR0520E,BAV99L,TMBR0520F,TBZX84C3V6,A780,TMBZ5225B,AM1013,MBTHXXX/L,AM1012,TBC817-25W,A6141,AM2342,KF7128,A6140,KF7126,ESD3ZXX,XC9216,AP8306,TPS61041,RT9176,F1210L075,A317,TM3Z18V,BAT54XX,F1206L050-15,TBZT52C6V2,TBZT52C6V8,BAV99W,RT9166,TUDZS8.2B,RT9165,RT9164,F1206L150SL,TSODJ58A-SH,TPS2513,TPS2514,MBTAXXW,BAT54XW,TBASXXH,TMBZ5227B,RT9193,MBTAXXL,632A,BAT54XL,MBD7000L,AT1318,RT9198,S-24C256,MBTAXXX,TMBZ5226B,RT9183,2SCXXXM3,A6151,TM3Z16V,A6150,TMBT5551L,A24C2048,S-1172,BR24L256,AM2N7002DW,LT1844,LM78LXX,TBZX84C39,A7425,AM410,A7431,TBZX84C43,AON6210,TBZX84C47,SI4178,R1EX24016,TM3Z27V,TBZT52B7V5,KF4053,SM8205,TSODJ26CA-SH,TGSOT12C,QCC4A,TSODJ7.0CA-SH,R1EX24032,BZX84CXXX,W SERIES,BU48XX,A7420,MAX734,TMBT3904T,TBAV3004,SMAJXXXA,TBZX84C51,TMBT3904L,TSODJ20A-SH,TSD12,TESD5Z12,TBZX84C18,TESD8LL5.0C,F1206L050-24,TBZX84C16,KVP7050,A6115,TBZX84C22,ESD7DXXX,TBZX84C20,TBZX84C24,A7452,A6120,3DD13003B,KF4033,F1206L200,EDZXXB,KOP7050,2SAXXXX,TUDZS18B,TBZX84C27,RP114X,SGM6132,TBZX84C33,A7442,TBZX84C30,TBAT46,TBZX84C36,A6110,F0805L125SL,TM3Z24V,TMBR1100F,TESD9D5.0,OB2358,BAV3004,TMSZ5240B,A6318A,TMUN5335DW,BC8XXXW,R1EX24064,MBD3004X,X8050XL,TMUN5214D,A6540,2SDXXX,KF4014,T9012P,T9012Q,XC6220,BC8XXXL,KF4012,T9012R,NTA7002N,HFMA2X0,KF4010,TSODJ18A-SH,XC6223,BC8XXXD,AO321A,TSOD4001-SH,TMBT5551DW,AM0765AH,TSD05,UMF23ND,TESD8LXXX,TMUN5213D,TBZX84C11,TBZX84C10,T9013P,XC6211,T9013Q,TBZX84C15,XC6210,T9013R,SY50136,T9013S,TBZX84C13,TBZX84C12,XC6214,XC6212,XC6219,TM3Z22V,XC6209,QCC12,A7407,A7406,TMUN5313DW,TMUN5216D,TBC846BL,A7404,T9014Q,TM5Z9V1,T9014R,T9014S,TMBZ5231B,AH180,XC6204,XC6202,TBC846BW,TDTC114EE,XC6206,XC6205,TUDZS4.7B,TBSSXXXDW,MBD301,TSM530AF,F0603L075SL,TRB411DL,AM4920,TM3Z20V,T9015Q,T9015R,T9015S,TMBZ5230B,TESD5Z3.3,RB551V-30,T1SS360T,TMBTA14,TMBTA13,TMUN5113,TMUN5114,MP2004,MP2009,KVDH,MBR120XSF,KVDF,TMSZ5244B,AON7400A,SI2399,TMUN5111,TMUN5112,TUDZS12B,KMA,KMB,ZTTCC,KMF,ZTTCE,AO2722,BAV170,S808,TMSZ5243B,A4786,F1210L350SL,KMU,TSODJ7.0A-SH,KMT,KVCM,TM3Z5V1,F0402L035SL,M1MA142WX,TM3Z5V6,TMBR260F,TUDZS11B,NCP1450,TMUN5135,MBTHXXL,LM1117,MC78LXX,A6516,T2SA1774R,T2SA1774Q,LM1118,TMSZ5242B,TBZX84C8V2,MBTHXXW,F9008,ZTTCS,ZTTCR,TM3ZXXX,ZTTCW,ZTTCV,T8X50H,TUDZS4.3B,KOC,TMUN5132,TUDZS10B,TESD8D5.0C,TESD5D5.0C,KOG,TESD9D12,TMBR3100F,TMSZ5241B,TESD8D3.3,AM8882,KOH,TDAN202U,A6505,KOM,F1206L200SL,KOL,TMUN5211D,AP8275,A6501,TDAN202K,A6500,KOP,M1MA141XX,ESD9DXXX,TMBDXXXL,IRFI830G,TMUN5141,TDTC123JE,TEFMAF103,TEFMAF102,TEFMAF101,TBSSXXXW,TBSSXXXL,A4757,TMBT3906W,TEFMAF104,TMSZ5248B,A7330A,DTDXXX,ESDXXXM,TRB421L,TDTA144EE,SI4532,OB2362,TUDZS16B,TMBR130E,TMBR130F,YDA145,TMSZ5247B,QCC8C,T2SB1197KR,TBZX84B9V1,T2SB1197KQ,TM3Z62V,SI2365,F0805L075SL,F0805L100,TUDZS15B,TM5ZXXX,TCM,TBAW56L,A8I60A-030,¦¬PA2738,R1EX24002,TMBT3904W,A4777,A4778,TMSZ5246B,A7805,A4779,KRT,A4773,A4774,A7801,AOTF11S60L,A47

选型指南 - AIT - 2019年Q2 PDF 中文下载

JEET ONE真无线耳机充放电管理采用钰泰ETA9697电源管理芯片，内置1.4MHz的开关转换器

我爱音频网对JEET ONE真无线耳机进行了拆解，其中，内部结构配置反面，充电盒内置鑫电400mAh锂电池，由钰泰半导体ETA9697电源管理芯片负责充放电管理。ETA钰泰半导体ETA9697电源管理芯片，是一颗专门针对低功耗，高性能设计的蓝牙充电盒充放二合一解决方案，负责充电盒内置电池的充放电管理。

应用方案发布时间 : 2024-10-30

【应用】电荷泵电压转换器SGM3209应用于播放器音频信号正电源转负电源电路，提升音频指标

播放器得有一组模拟音频输出，而且对该音频的指标要求还比较高。圣邦微SGM3209是一款电荷泵电压转换器，可以将正输入电压值（3V~18V）转成负的电压值（-3V~-18V）输出，外围只需要少量的阻容元器件，驱动电流更是可以达到100mA。开关频率（120KHZ~1.25MHz）可以通过RP管脚的对地阻值进行调整。通过SGM3209产生负压电源给运放供电，显著提高音频运放指标，价格亲民，性价比高。

应用方案发布时间 : 2020-03-17

JW JOULWATT转换器&控制器&电源模块&LNB电源选型表

JW JOULWATT提供以下参数的控制器、电源模块、LNB电源、降压转换器、DCDC 转换器、升压转换器，负载开关，USB 开关，电子保险丝，低导通电阻电子保险丝，高侧热插拔控制器，合路控制器和理想二极管，低侧双通道理想二极管控制器，LDO，车规级 LDO，单电源开关选型，输入电压：0.7V~150V，反馈电压：0.45V~5.1V

产品型号	品类	输入电压(V)	输出电流	反馈电压(V)	静态电流	开关频率(KHZ)
JW5392SOTI#TR	降压转换器	4.5~18	2A	0.8	150uA	600

选型表 - JW JOULWATT 立即选型

解决9个常见的DC-DC降压转换器问题

如何对一些不能始终按计划工作的电子系统的主要部件进行故障排除：开关模式、低压、DC-DC、单相、非隔离、基本降压转换器电路。牢记这些指导原则，以下是在设计DC-DC降压转换器时可能遇到的九个常见问题以及一些可能的原因。

技术探讨发布时间 : 2024-08-26

先积集成（Linearin）放大器/比较器/数据转换器/模拟开关/电源管理产品选型指南（英文）

目录- COMPANY INTRODUCTION PRODUCT INTRODUCTION Amplifiers Comparators Data Converters LDO Voltage reference Analog Switch

型号- LTC8701,LTC8705,LTC8704,LTC8703,LTC8702,LTR3030,LTC8382,LTR3033,LTP3465-XX,LTA8094,LTA809X FAMILY,LTA8092,LTC8381,LTC358,LTC324H,LTA8091,GP8101S,LTC8811,LTC8814,GP8102S,LTC8813,LTC8812,GP9301B,GP9101,LT180B2,GP9105,LT180B1,LT180B4,LT180B3,LTR3040,GP8202SL,LTR33 SERIES,GP8211S,LTP3558A,LTR3012,LTA829,LT180A4,LT180A1,LT180A3,LT180A2,LTA8074,LTA8072,LTC358H,LTA8071,LTP3454-XX,LTP3564,LTC331,LTP3567,LTC358A,LTP3559A,GP8201S,LTR3025,LTR3020,LTC321A,LTC321B,LTA8084,LTA8081,LTA8082,LTC324,LTC321,LTP3558,LTP3559,LTC8745,LTC8744,LTC8743,LTC8742,LTC8748,LTC8746,LTA6034,GP8101,LTA6031,LTC8741,LTA6032,GP8202ASL,LTC393,LTC5223,GP9305,LTC5228,LTA8224,LTA8221,LTA6042,GP9303,LTA8222,LTA6041,LTA6044,LTP3570,LTC8728,LTC8844,LTC8723,LTC8722,LTC8842,LTC8721,LTC8841,LTC3157,LTC8727,LTC8726,LTC8725,LTA809X,LTC881X FAMILY,LTC881X,LTC8838,LT199,LTC8832,LTC8831,LTC8836,LTC8835,LTC8834,LTA5054,LTC8392,LTC8391,LTC8708,LTC8707,LTC8706,LTC6004,GP8212ASL,LTP33XX,LTR3312,LTC6001,GP8301,LTA8134,LTC6002,LTC72X,LTA8131,GP8303,LTA8132,GP8302,LT199 SERIES,LTP3456-XX,LTR3325,LTR3320,LTA4584,LTA8024,LTA8021,GP8413,LTA8264,LTA4580,LTA8022,LTA8261,LTA8262,LTC728,LTA6052,LTC726,LTA6051,LTC8876,LTC8875,LTC8874,LTC8878,LT199G3,LT199G2,LTA604X,GP8312,LTC8872,GP9403,GP7101,LTC8871,LT199G1,GP8313,LTC725,LTC724,LTC722,LTC721,GP8503,GP8502,LTC8582,LTC8581,GP8501,LTC8584,GP8500,GP8212SL,LTA8292,LTA8291,LTC855X,LTA604X FAMILY,LTC8333,LTC8332,LTC8331,LTA8184,LTA8064,LTA8061,LTA8182,LTA8062,LTA8181,LTP6202,GP9301BM,GP8403,LTP829,LTR3333,LTC2467,LTR3330,LTA8274,LTA8154,GP8401,LTA8272,LTA8151,LTA8152,LTA8271,GP8513,LTC7227,GP7305,LTR3340,LTC8554,LTC7222,LTC8553,LTC8552,GP8512,LTC855X FAMILY,LTC8551,LTA8284,LTA8281,LTA8282,LTP3631,LTP3633,LTR33,LTP3635,LTP3636,LTC72X FAMILY,LTP3637

选型指南 - 先积集成 - 2023/3/15 PDF 英文下载

【选型】Weidmueller（魏德米勒）电源器件选型指南

目录- Power Supplies Overview Switched-Mode Power Supply Electronic Load Monitoring Uninterruptible Power Supplies DC/DC Converters Redundancy Modules/Diode Modules/Capacity Modules Communication Modules Service and Support Glossary/Technical appendix Index

型号- ZQV 4N/50 RD,2467080000,2467160000,AMG ELM-6D CO,2081650000,PRO INSTA 96W 48V 2A,2082540000,2466980000,2082310000,2467010000,2624990000,1406930000,PRO INSTA 60W 12V 5A,2660200295,2660200294,2660200293,2660200292,2660200291,PRO TOPDC 24V/24V 20A,2660200290,2569000000,2467320000,2460780000,CP E SNT 50W 5V 10A,AMG ELM-Q2222,2001810000,1469470000,2660200289,2466910000,2660200288,2660200287,2660200286,2660200285,PRO PM 75W 24V 3.2A,AMG ELM-1F EX,2660200284,2660200283,1202630000,2660200282,2580240000,2660200281,2660200280,PRO PM 100W 24V 4.5A,PRO MAX 480W 48V 10A,PRO TOP1 240W 24V 10A F,2081880000,1202550000,1165840000,2486070000,CP DC BUFFER 24V 20A,CP E SNT 75W 12V 6A,1478130000,CP E SNT 25W 24V 1.1A,1527980000,1528080000,1478220000,PRO PM 150W 12V 12.5A,PRO TOP1 240W 24V 10A,PRO MAX 180W 24V 7,5A,PRO INSTA 60W 24V 2.5A,AMG AM CO,1528170000,MTA 45 BK,2660200279,AMG DIS EX,AMG ELM-8F EX,2660200278,2660200277,2568970000,ZQV 4N/5 RD,2773230000,PRO TOP3 960 W 24 V 40 A,PRO TOPDC 24V/24V 10A,1469550000,PRO DCDC 480W 24V 20A,CP E SNT 150W 12V 12.5A,CP DC UPS TF25,CP E SNT 100W 12V 8.5A,CP E SNT 250W 48V 5.2A,2081900000,PRO TOP3 240 W 24 V 10 A,PRO MAX 480W 24V 20A,AMG ELM-Q2244,2123050000,AMG ELM-10D CO,2080920000,MTA 30 MF,KT 14,SDIS 1.0X5.5X125,PRO MAX 72W 12V 6A,2467170000,2080600000,PRO TOP3 480W 24V 20A CO,AMG PD EX,PRO TOP1 72W 24V 3A,PRO MAX 120W 12V 10A,2466890000,CP E SNT 50W 24V 2.2A,2081820000,CP E SNT 350W 48V 7.3A,CP A WALLADAPTER 45 MM,1202480000,2460790000,2001820000,2467310000,AMG ELM-12 EX,AMG ELM-4F CL2,2467020000,1962250000,PRO ECO 960W 24V 40A,AMG ELM-Q2266,1469480000,CP E SNT 50W 48V 1.1A,CP DC UPS TF05,CP E SNT 50W 12V 4.2A,AMG ELM-Q4444,PRO TOP1 960W 48V 20A,ZQV 4N/7 RD,1528090000,1478120000,1202540000,ZQV 4N/6 RD,2082770000,1527970000,PRO TOPDC 24V/48V 10A,PRO DM 10,1202470000,2466900000,1202640000,1061210000,PRO TOPDC 24V/24V 5A,1469540000,2580230000,2081870000,PRO ECO 72W 12V 6A,2082060000,PRO TOP3 480 W 24 V 20 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