為了安全使用SiC模塊,需要計算工作條件下的功率損耗和結溫,并在額定值范圍內使用。MOSFET損耗計算與IGBT既有相似之處,也有不同。相對IGBT,MOSFET可以反向導通,即工作在同步整流模式。本文簡要介紹其損耗計算方法。
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MOSFET正向導通
圖1為單個導通脈沖(電感負載)的電壓電流波形及產生的損耗示意圖。電流和電壓的積分值就是產生的損耗,分為通態損耗和開關損耗。圖1中,E(sat)為通態損耗,Eon和Eoff為開關損耗。

圖1:單個導通脈沖(電感負載)損耗示意圖
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MOSFET反向導通
如第17講《SiC MOSFET的靜態特性》所描述,反向導通(源漏方向)時,導通方式會根據柵極電壓變化。如果柵極施加負壓時,電流流過體二極管,如下圖2。但是當柵極施加正壓(超過閾值電壓)時,電流流過MOSFET,如下圖3。

圖2:柵極負偏

圖3:柵極正偏
如果MOSFET反向導通時柵極施加負壓,電流流過體二極管(此處不考慮內部帶SiC SBD的SiC模塊),其損耗計算方式與IGBT一樣,不再贅述,本章節重點介紹同步整流模式(MOSFET反向導通時柵極施加正壓)下的損耗計算。
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直流斬波電路損耗計算
以工作在CCM模式的Buck電路(圖4)為例來介紹SiC MOSFET損耗計算方法。Vin/Iin為輸入電壓電流,Vo/Io為輸出電壓電流。T1為控制管;T2為續流管,工作在同步整流模式。

圖4:Buck電路
3.1 T1損耗計算
T1作為控制管,其占空比如下式:

T1導通損耗可由下式計算,其中RDS(on)為T1管的通態電阻。

T1開關損耗可由下式計算,其中VDD為SiC MOSFET datasheet中開關損耗測試電壓,Eon(@Io)、Eoff(@Io)為datasheet中電流值Io對應的開關損耗,以上參數均可在datasheet中查找(除部分產品外,如有需要,可聯系我司)。fsw為開關頻率。

3.2 T2損耗計算
T2作為續流管,其占空比為1-D。
T2導通損耗可由下式計算:

T2零電壓開關,所以沒有開關損耗。但是在T1開通瞬間,T2體二極管會產生反向恢復損耗,可由下式計算。其中Err(@Io)為datasheet中電流值Io對應的開關損耗,也可在datasheet中查找(除部分產品外,如有需要,可聯系我司)。

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SPWM調制橋式電路損耗計算
以SPWM調制的三相橋式電路(圖5)為例來介紹SiC MOSFET損耗計算方法。VCC為直流電壓,Io為輸出電流有效值。MOSFET工作在同步整流模式。

圖5:三相橋式電路
輸出電流為:

導通損耗可由下式計算:

開關損耗可由下式計算,同樣的,VDD為SiC MOSFET datasheet中開關損耗測試電壓,Eon(@IP)、Eoff(@IP)為datasheet中電流值IP對應的開關損耗,可在datasheet中查找(除部分產品外,如有需要,可聯系我司)。fsw為開關頻率。

SiC MOSFET體二極管在對管開通時會產生反向恢復損耗,可由下式計算。其中Err(@IP)為datasheet中電流值IP對應的開關損耗,也可在datasheet中查找(除部分產品外,如有需要,可聯系我司)。

正文完
<關于三菱電機>










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