bob88综合体育:选用具有驱动器源极引脚的低电感表贴封装的SiC MOSFET

发布时间：2021-09-10 09:36:31 来源：BOB手机客户端登录入口 作者：bob手机APP下载

　　人们普遍认为,SiC MOSFET能够完成十分快的开关速度,有助于显着下降电力电子范畴功率转化过程中的能量损耗。可是,因为传统功率半导体封装的约束,在实践运用中并不总是能发挥SiC元器材的悉数潜力。在本文中,咱们首要评论传统封装的一些局限性,然后介绍选用更好的封装方式所带来的长处。，,展现对运用了图腾柱(Totem-Pole)拓扑的3.7kW单相PFC进行封装改善后取得的改善作用。

　　TO-247N(图1)是运用最广泛的功率晶体管传统封装方式之一。如图1左边所示,该器材的每个引脚都存在寄生电感重量。图1右侧是十分简略且典型的栅极驱动电路示例。从这些图中能够看出,漏极引脚和源极引脚的电感重量会被加到主电流开关电路中,这些电感会导致器材在关断时产生过电压,因而要想保证过电压的数值满意漏极-源极间技能规范的要求,就需求约束器材的开关速度。

　　栅极引脚和源极引脚的寄生电感是栅极驱动电路中的一部分,因而在驱动MOSFET时需求考虑这部分电感。此外,这部分电感还可能会与栅极驱动电路中的寄生电容之间产生振动。当MOSFET导通时,ID添加,而且在源极引脚的电感(Ls)中产生电动势(VLS)。而栅极引脚中则流入电流(IG),而且因栅极电阻(RG)而产生电压降。因为这些电压包括在栅极驱动电路中,因而它们会使MOSFET导通所需的栅极电压下降,然后导致导通速度变慢,见图2。

　　处理这种问题的办法之一是选用具有“驱动器源极”引脚的功率元器材封装。经过装备将源极引脚和栅极驱动环路分隔的驱动器源极引脚,能够消除导通时的源极电感(LS)对栅极电压的影响,因而不会因电压降而下降导通速度,然后能够大大减少导通损耗。

　　除了TO-247-4L封装外,罗姆还开宣布选用TO-263-7L表贴封装,使分立SiC MOSFET产品阵型愈加丰厚。选用TO-263-7L封装能够完成SiC MOSFET源极引脚的开尔文衔接,这种封装的长处如图3所示。从图中能够看出,栅极驱动相关的部分和主电流途径不再同享主源极侧的电感LS。因而,能够使器材的导通速度更快,损耗更小。

　　选用TO-263-7L封装的另一个长处是漏极引脚和源极引脚的电感比TO-247N封装小得多。因为漏极引脚的接合面积大,别的源极引脚能够由多根短引线并联衔接组成,因而能够下降封装的电感(LD或LS)。为了量化新封装方式带来的元器材功能改善程度,咱们比较了选用两种不同封装的相同SiC MOSFET芯片的导通和关断时的开关动作(图4)。

　　导通时的开关瞬态曲线标明,选用三引脚封装(TO-247N)的“SCT3040KL”的开关速度受到约束,其间一个原因是源极引脚的电动势使有用栅极电压下降,导致电流改变时刻变长,然后形成导通损耗添加。而关于选用具有驱动器源极的表贴封装(TO-263-7L)的“SCT3040KW7”来说,电流改变时刻则变得十分短,因而能够减少导通损耗。别的,因为寄生电感减少,因而选用TO-263-7L封装的SiC MOSFET在关断时的dI/dt要高得多,因而关断损耗也小于TO-247N封装。

　　下图展现了两种封装完成的开关损耗与开关电流之间的联系。显着,TO-263-7L封装器材导通速度的进步有助于下降开关损耗,尤其是在大电流区域作用愈加显着。

　　如上述比较数据所示,具有能够衔接至栅极驱动环路的驱动器源极引脚,并能够减小寄生电感的封装,器材功能得以发挥,特别是在大电流区域中发挥得更好。所以,在相同的开关频率下器材总损耗更小;别的,假如下降损耗不是首要方针,则还能够添加器材的开关频率。

　　除了上文说到的1200V/40mΩ产品之外,罗姆产品阵型中还包括额外电压分别为650V和1200V 的TO-263-7L 封装SiC MOSFET产品(表1)。别的,契合轿车电子产品可靠性规范的车载级产品也在方案中。

　　本文将以一个3.7kW单相PFC的电路为运用事例来阐明表贴封装SiC MOSFET能够完成的功能。这种功率级单相PFC可用作单相3.7kW车载充电器的输入级,或用作11kW车载充电体系的构件。在后一种情况下,将三个单相PFC经过开关矩阵相组合,能够完成单相驱动或，11kW的三相驱动。该运用事例框图参见图6。

　　图7中包括几种可运用的PFC电路拓扑结构。传统升压PFC的输入端存在二极管整流电路,因而其功率提高受到约束。两相无桥PFC以及图腾柱PFC能够减少二极管整流电路,然后能够下降总传导损耗。可是需求留意的是,两相无桥PFC尽管可完成高功率,却存在每个桥臂仅在一半输入周期内运用的缺陷,因而每个器材的峰值电流与电流有用值之比(即所谓的“波峰因数”)增高,使功率半导体上的功率循环压力很大。

　　图腾柱PFC有两种不同的类型。最简略的类型仅包括两个MOSFET和两个二极管。因为二极管在低频下开关,因而挑选具有低正向压降的器材。另一方面,因为MOSFET中的体二极管用于换流,因而挑选体二极管特性超卓的器材是十分重要的。此外,新式宽带隙半导体(比方SiC MOSFET)具有支撑硬开关的体二极管,因而十分适用于这类运用。，,假如期望尽可能取得更超卓的功能,那么能够用有源开关(比方SJ MOSFET)来代替低频开关二极管,以进一步下降损耗。

　　为了展现使用图腾柱PFC能够完成的几种功能,咱们施行了仿线mΩ SiC MOSFET 的开关损耗测量值进行了验证。假定开关频率为100 kHz,咱们对高频侧桥臂和低频侧桥臂的半导体损耗都进行了建模。关于低频桥臂,因为开关损耗的影响极小,因而仅考虑了60mΩ产品的导通损耗。

　　仿线所示。从图中能够看出,，功率为98.7%,出现在60%的标称输出功率邻近。该阶段的其他损耗没有建模。当然,为了进行全面剖析,不只需求考虑控制电路和栅极驱动电路,还需求考虑电感和其他无源元件的损耗。可是,很显着,在运用了650V SiC MOSFET的图腾柱PFC中,能够完成高功能的PFC电路。

　　在本文中,咱们确认了SiC MOSFET选用具有驱动器源极引脚的低电感表贴封装所带来的功能优势。研讨结果标明,尤其是在大电流条件下,因为栅极环路不受dI/dt以及源极引脚电感导致的电压降的影响,因而选用表贴封装的产品导通损耗大大下降。封装电感的整体减小还使得SiC MOSFET的关断速度加速。这两个长处显着下降了器材导通和关断时的开关损耗。在体系方面,咱们现已看到,图腾柱PFC中选用RDS(ON)为60mΩ的650V SiC MOSFET时的转化功率超越98%,这将有利于完成十分紧凑的规划,因而能够说,这关于车载充电器等车载运用开发来说是十分重要的要害点。关于更多罗姆的 SiC MOSFET信息,请检查

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