1.4 硬开关,软开关案例

第四部分，硬开关和软开关例子

让我们通过比较

900V 碳化硅 MOSFET

和 900V 超结 MOSFET 的

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的

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 和碳化硅器件

在硬开关和软开关条件下的

通态和开关损耗

可以看到黑色的曲线和红色曲线

相应为硬开关时

Coss 和体二极管上的损耗

硅 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

比硅的方案的损耗降低不少

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

第四部分，硬开关和软开关例子

让我们通过比较

900V 碳化硅 MOSFET

和 900V 超结 MOSFET 的

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的

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 和碳化硅器件

在硬开关和软开关条件下的

通态和开关损耗

可以看到黑色的曲线和红色曲线

相应为硬开关时

Coss 和体二极管上的损耗

硅 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

比硅的方案的损耗降低不少

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