SiC MOSFET:通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法

2024-07-12 ROHM(罗姆)微信公众号
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本文的关键要点

・可以在线性近似有效范围内对所测得的波形进行分割,并使用示例公式进行损耗的近似计算。

・MOSFET开关工作时的总功率损耗是开关损耗和导通损耗之和。


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SiC功率元器件基础

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本文将介绍根据在上一篇文章中测得的开关波形,使用线性近似法来计算功率损耗的方法。


开关波形的测量方法

通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法

根据测得波形计算功率损耗示例

各种波形的开关损耗计算示例

各种波形的导通损耗计算示例


SiC MOSFET

通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法

通过在线性近似有效范围内对所测得的波形进行分割,可以计算出功率损耗。


导通和关断区间的开关损耗

首先,计算开通和关断时间内消耗的功率损耗Pton和Ptoff。波形使用图1中的示例波形。功率损耗使用表1中的近似公式来计算。由于计算公式会因波形的形状而有所不同,因此请选择接近测得波形的近似公式。


在图1的波形示例中,开通时的波形被分割为两部分,前半部分(ton1)使用表1中的例2。另外,使用公式ID1≔0作为条件。后半部分(ton2)使用例3中的公式VDS2≔0。


在图1中,会因MOSFET的导通电阻和ID而产生电压VDS2(on),但如果该电压远低于VDS的High电压,就可以视其为零。

综上所述,可以使用下面的公式(1)来近似计算开通时的功率损耗。

同样,将关断时的波形也分为两部分,前半部分(toff1)使用表1的例1中的公式VDS1≔0,后半部分使用(toff2)例8中的公式ID2≔0。在图1中,由于前述的原因,会产生电压VDS1(off),但如果该电压远低于VDS的High电压,则将其按“零”处理。这样,就可以使用下面的公式(2)来近似计算关断时的功率损耗。

导通期间的功率损耗

接下来,我们来计算导通期间消耗的功率损耗。图2是用来计算导通损耗的波形示例。由于在TON区间MOSFET是导通的,因此VDS是MOSFET导通电阻和ID的乘积。有关导通电阻的值,请参阅技术规格书。需要从表2中选择接近该波形形状的例子并使用其近似公式来计算功率损耗。

在本示例中,我们使用表2中的例1。MOSFET导通期间的导通损耗可以用下面的公式(3)来计算。

MOSFET关断时的功率损耗在图2中位于TOFF区间,由于MOSFET关断时的ID足够小,因此将功率损耗视为零。


总损耗

如公式(4)所示,MOSFET开关工作时的总功率损耗为此前计算出的开关损耗和导通损耗之和。

需要注意的是,表1和表2中的每个例子都有“参见附录”的注释,在附录中有每个例子的详细计算示例。各计算示例将会在后续的“各种波形的开关损耗计算示例”和“各种波形的导通损耗计算示例”中出现。

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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

应用笔记或设计指南  -  ROHM  - Rev.001  - 2021.10 PDF 中文 下载

ROHM 4th Gen SiC MOSFET Simulation Models for PSIM™ Now Available

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