CoolSiC? MOSFET G2如何正確選型

之前兩篇文章我們分別介紹了CoolSiC? MOSFET G2的產(chǎn)品特點(diǎn)及導(dǎo)通特性 （參考閱讀： CoolSiC? MOSFET Gen2性能綜述 ， CoolSiC? MOSFET G2導(dǎo)通特性解析 ） ，今天我們分析一下在軟開關(guān)和硬開關(guān)兩種場(chǎng)景下，如何進(jìn)行CoolSiC? MOSFET G2的選型。

G2在硬開關(guān)拓?fù)渲械膽?yīng)用

除了R DS(on) ，開關(guān)損耗在SiC MOSFET的選型中也扮演著非常重要的角色。因?yàn)镾iC往往工作在非常高的開關(guān)頻率，尤其在硬開關(guān)拓?fù)渲?，開關(guān)損耗的占比可達(dá)60%以上。這時(shí)使用開關(guān)損耗更低的G2來(lái)代替G1，會(huì)取得明顯的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。下面我們通過MPPT boost電路的仿真實(shí)例來(lái)看一下。

仿真電路:

26A MPPT仿真條件:

仿真邊界條件設(shè)置為T vj,max <140℃，G2允許175℃的連續(xù)運(yùn)行結(jié)溫，及200℃/100h的過載結(jié)溫，這里留了比較大的余量。

使用40mΩ G1對(duì)比40mΩ和53mΩ的G2，可以看到，40mΩ G2總損耗與40mΩ G1持平，結(jié)溫高約1.9℃(112.1℃-->124℃)。如果使用53mΩ G2，損耗大幅增加，結(jié)溫增加到141.4℃。但G2允許更小的門極電阻，如果將Rg降低到2.3Ω(數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦值)，則53mΩ G2的結(jié)溫會(huì)降低至137.1℃。

32A MPPT仿真條件：

在這種應(yīng)用情景下，34mΩ G2與40mΩ G1損耗與結(jié)溫基本持平，如果換用40mΩ G2，結(jié)溫會(huì)升高約8℃。但這種升高的結(jié)溫可以用降低門極驅(qū)動(dòng)電阻Rg來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。將Rg從4.7Ω降低到2.3Ω，40mΩ G2結(jié)溫將會(huì)降低到139.4℃，與40mΩ G1非常接近。

通過對(duì)MPPT系統(tǒng)的仿真分析，我們可以看到，在硬開關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用，因?yàn)殚_關(guān)損耗占比較高，導(dǎo)通損耗占比較低，G2對(duì)G1的替換策略依賴于不同的場(chǎng)景：

1

特定條件下（如26A MPPT），可使用同等導(dǎo)通電阻替換，比如40mΩ G2替換40mΩ G1,可維持相同的損耗與結(jié)溫，如果用34mΩ G2替換40mΩ G1，可以使得系統(tǒng)損耗和器件溫度降低，進(jìn)而提高功率密度，冷卻需求減少。

2

部分場(chǎng)景中，如更大電流的MPPT，或者buck-boost中，可以使用更低Rdson的G2，來(lái)替換Rdson高一檔的G1。比如在32A MPPT中，可使用34mΩ G2替換40mΩ G1。也可對(duì)G2采用更低的門極電阻來(lái)降低損耗，這種情況下可使用40mΩ G2替換40mΩ G1。

G2在軟開關(guān)拓?fù)渲械膽?yīng)用

在LLC等軟開關(guān)拓?fù)渲?，因?yàn)槟軐?shí)現(xiàn)零電壓開通，所以功率器件只有導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗，而沒有開通損耗。因此對(duì)LLC來(lái)說(shuō)，導(dǎo)通損耗所占比重更大。

對(duì)20kW LLC典型工況進(jìn)行仿真：

■ MOSFET: IMZC120R034M2H / IMZA120R040M1H，4并

■ 最大輸出功率, P o,max : 20kW

■ 諧振頻率f r : 100kHz

■ DC 輸入電壓, V IN : 800V

■ DC 輸出電壓, V OUT : 300V

■ 死區(qū)時(shí)間,DT: 300ns

仿真結(jié)果：

從仿真結(jié)果可以看出，導(dǎo)通損耗占總損耗相當(dāng)大的比例，因此：

使用IMZC120R034M2H取代IMZA120R040M1H，可使損耗和結(jié)溫維持在同一水平

使用IMZC120R026M2H取代IMZA120R030M1H，可降低3℃結(jié)溫

因此，在軟開關(guān)拓?fù)渲?，推薦使用導(dǎo)通電阻稍低的G2，來(lái)替換導(dǎo)通電阻高一檔的G1。

以下是TO-247-4封裝的G2選型表供參考：

總結(jié)

R DS(on) 是評(píng)價(jià)SiC MOSFET的重要考量，但并不是唯一參數(shù)。在進(jìn)行CoolSiC? MOSFET G2產(chǎn)品選型時(shí)，不能單純依賴常溫下R DS(on) 數(shù)值，而是要綜合考慮電路拓?fù)?、開關(guān)頻率、散熱條件等因素，最好通過仿真確定最終選型。