1.4 硬开关,软开关案例

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第四部分,硬开关软开关例子 让我们通过比较 900V 碳化硅 MOSFET 和 900V 超结 MOSFET 功率损耗以及效率为例 来总结一下前面的内容 这里我们显示了 800V 到 400V 的 同步降压线路的一个测试线路 碳化硅 FET 在室温上的 Rdson 为 280mΩ 而 J-FET 的 Rdson 为 340mΩ 转换器工作在 100kHz 频率下面 我们使用双隔离栅极驱动器 来驱动 MOSFET 工作电压为18V 这里红色和绿色波形分别对于 低端和高端的驱动波形 死区为一个微秒时间 浅蓝色为开关的节点的波形 紫色为电流波形 左图为输出 0W 的时候的波形 右图为输出300W的时候 电压电流的波形 可以看到如我们预期 在空载的情况下面 同步整流的降压线路 它工作在零电压的开关模式下面 右图是 300W 时的工作波形 注意我们看到 更短的上升时间和硬开关的特性 可以看到这里产生了 大概 2.75MHz 的振荡频率 因为我们这里采用了 电感是 930uH 可以算得谐振电容 仅为 3.6pF 如果我们采用 Transition 模式变频控制 可以使我们的上管在导通时 获得软开关的特性 显著降低在这里显示的开关损耗 显著降低在这里显示的开关损耗 这里我们进一步 把它的开关节点的上升沿展开 我们可以看到在轻载的模式下 电压的变化率为 1.5V/ns 在 300W 的情况下面 碳化硅器件从零伏到 800V 的 摆率为 40V/ns 可以看到它的门级驱动信号 相比左图的空载情况下面 受到了明显的干扰 我们再来比较一下 碳化硅 FET 在定频操作模式下面 和自适应变频控制 ZVS 的情况下 它们的效率的对比 可以看到在定频定死区的情况下 可以看到在定频定死区的情况下 变换器大概在 230W 的情况下 退出了 ZVS 的工作状态 这造成了超过四个点的效率损耗 如果我们采用数字控制 自适应频率和死区控制 可以全工作范围内工作在 ZVS 的状态 在 650W 的输出情况下面 我们可以看到 它的效率基本上达到了 98.5% 这里我们给出了 MOSFET碳化硅器件 硬开关软开关条件下的 通态和开关损耗 可以看到黑色的曲线和红色曲线 相应为硬开关 Coss 和体二极管上的损耗 MOSFET 受到散热能力的限制 只能传递 400W 的功率 而红色曲线所示 即使在硬开关的情况下面 基于碳化硅设计的方案都能 比硅的方案损耗降低不少 下面蓝色和紫色的波形显示了 碳化硅和硅器件在 ZVS 条件下的损耗 因为他们选取了 Rdson 相近的器件 通态损耗几乎一样 但是它们的驱动损耗会有明显的差别 我们在下一页会有详细的介绍 前面我们提到了高压的硅晶体管 它的门级的总电荷 几乎是同等碳化硅器件的5倍 相应的我们看到了这里 超过了四倍的驱动损耗 这个工作频率 这个工作频率 是在 100kHz 的情况下测试的 本节里面我们主要介绍了 宽禁带器件和硅 FET 它们开关性能的对比 谢谢大家
课程介绍 共计6课时,42分48秒

碳化硅和氮化镓器件在高频电源中的应用

新兴的宽禁带(WBG)碳化硅氮化镓功率器件越来越广泛地应用在电力电子产品中来提升效率和功率密度. 培训内容介绍了WBG功率器件特性, 及应用. 并且详细的分析了开关性能,损耗计算以及测试,仿真技巧.
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