【導(dǎo)讀】在逆變器電路中,開(kāi)關(guān)器件的反向恢復(fù)時(shí)間trr(Reverse recovery time)特性對(duì)損耗的影響很大。在這里,我們將使用“ROHM Solution Simulator”的“Power Device Solution Circuit”進(jìn)行仿真,以確認(rèn)trr對(duì)逆變器電路的影響。
逆變器電路的優(yōu)化
● 在選擇逆變器電路中的開(kāi)關(guān)器件時(shí),要選擇trr小的產(chǎn)品,這一點(diǎn)很重要。
● 如果逆變器電路中的開(kāi)關(guān)器件的trr大,則開(kāi)關(guān)損耗會(huì)增加。
● 如果逆變器電路中的開(kāi)關(guān)器件是MOSFET,請(qǐng)仔細(xì)確認(rèn)內(nèi)部二極管的trr特性。
01 反向恢復(fù)時(shí)間trr對(duì)逆變器電路的影響
在逆變器電路中,開(kāi)關(guān)器件的反向恢復(fù)時(shí)間trr(Reverse recovery time)特性對(duì)損耗的影響很大。在這里,我們將使用“ROHM Solution Simulator”的“Power Device Solution Circuit”進(jìn)行仿真,以確認(rèn)trr對(duì)逆變器電路的影響。
02 仿真所用的逆變器電路
作為示例,我們使用上一篇文章中給出的Power Device Solution Circuit一覽表中的逆變器電路“B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW”(圖1)。更改該逆變器電路的開(kāi)關(guān)器件(黃色框)并進(jìn)行仿真,以確認(rèn)trr的影響。
圖1:Power Device Solution Circuit逆變器電路B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW
03 trr特性在逆變器電路中的重要性
圖2顯示了圖1的逆變器電路中開(kāi)關(guān)時(shí)的電流路徑。
在逆變器電路中,為了調(diào)整供給的功率,通過(guò)PWM和PFM等的控制,使High side(高邊)和Low side(低邊)的器件交替ON/OFF。圖2中的①~⑤表示其工作過(guò)程,并反復(fù)進(jìn)行該工作過(guò)程。
著眼點(diǎn)在于從④到⑤的工作中,由于反向恢復(fù)電流在High side從OFF變?yōu)镺N的時(shí)間點(diǎn)流過(guò)Low side的內(nèi)部二極管,因此,直通電流會(huì)從High side流向Low side(紅色所示)。
圖2:開(kāi)關(guān)時(shí)的電流路徑
該反向恢復(fù)電流對(duì)續(xù)流側(cè)器件(Low side)本身的損耗影響很小,但如圖3所示,對(duì)于開(kāi)關(guān)側(cè)器件(High side),由于在VDS變化之前這種反向恢復(fù)電流會(huì)疊加在正常的開(kāi)關(guān)電流中,從而會(huì)造成非常大的導(dǎo)通損耗。因此,在逆變器電路中,要選擇trr小的開(kāi)關(guān)器件,這一點(diǎn)很重要。
圖3:開(kāi)關(guān)側(cè)器件(High side)的導(dǎo)通波形示例以及trr的大小與開(kāi)關(guān)損耗之間的關(guān)系
04 trr特性差異帶來(lái)的開(kāi)關(guān)損耗比較
圖4是在圖1的逆變器電路中,使用面向普通開(kāi)關(guān)應(yīng)用的超級(jí)結(jié)MOSFET R6047KNZ4作為開(kāi)關(guān)器件時(shí),以及使用以內(nèi)置二極管的高速trr著稱的PrestoMOS? R6050JNZ4時(shí)(圖1的黃色框)的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)波形仿真結(jié)果。
圖4:不同trr特性的開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗和波形比較(仿真)
如仿真波形所示,由于trr特性的差異,導(dǎo)通損耗存在顯著差異。與R6047KNZ4相比,內(nèi)部二極管具有高速trr特性的R6050JNZ4的導(dǎo)通損耗降低至約1/5。順便提一下,R6047KNZ4的內(nèi)部二極管的trr為700ns(Typ.),R6050JNZ4為120ns(Typ.),不到1/5。
此外,在分析整個(gè)逆變器電路工作期間開(kāi)關(guān)器件(MOSFET)的損耗時(shí),如圖5所示,可以看出trr對(duì)損耗具有很大影響。
圖5:普通開(kāi)關(guān)MOSFET和高速trr MOSFET的損耗分析
根據(jù)該結(jié)果,可以說(shuō)在選擇逆變器電路中的開(kāi)關(guān)器件時(shí),要選擇內(nèi)部二極管具有高速trr的產(chǎn)品,這一點(diǎn)很重要。
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