在功率電子領(lǐng)域，英飛凌的CoolSiC MOSFET G2以其卓越性能備受關(guān)注。本文將重點(diǎn)分析如何在硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)兩種應(yīng)用場(chǎng)景下，正確選型CoolSiC MOSFET G2，以實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能。

■ G2在硬開(kāi)關(guān)拓?fù)渲械膽?yīng)用

除了RDS(on)，開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率，尤其在硬開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，開(kāi)關(guān)損耗的占比可達(dá)60%以上。這時(shí)使用開(kāi)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(guò)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(mén)vj,max<140℃，G2允許175℃的連續(xù)運(yùn)行結(jié)溫，及200℃/100h的過(guò)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(mén)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(mén)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(guò)對(duì)MPPT系統(tǒng)的仿真分析，我們可以看到，在硬開(kāi)關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用，因?yàn)殚_(kāi)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(lài)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(mén)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(kāi)關(guān)拓?fù)渲械膽?yīng)用

在LLC等軟開(kāi)關(guān)拓?fù)渲校驗(yàn)槟軐?shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，所以功率器件只有導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗，而沒(méi)有開(kāi)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，Po,max: 20kW

■諧振頻率fr: 100kHz

■DC 輸入電壓， VIN: 800V

■DC 輸出電壓，VOUT : 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(kāi)關(guān)拓?fù)渲校扑]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)

RDS(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(lài)常溫下RDS(on)數(shù)值，而是要綜合考慮電路拓?fù)洹㈤_(kāi)關(guān)頻率、散熱條件等因素，最好通過(guò)仿真確定最終選型。

參考閱讀

CoolSiC MOSFET Gen2性能綜述

CoolSiC MOSFET G2導(dǎo)通特性解析

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在功率電子領(lǐng)域，英飛凌的CoolSiC MOSFET G2以其卓越性能備受關(guān)注。本文將重點(diǎn)分析如何在硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)兩種應(yīng)用場(chǎng)景下，正確選型CoolSiC MOSFET G2，以實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能。

■ G2在硬開(kāi)關(guān)拓?fù)渲械膽?yīng)用

除了RDS(on)，開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率，尤其在硬開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，開(kāi)關(guān)損耗的占比可達(dá)60%以上。這時(shí)使用開(kāi)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(guò)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(mén)vj,max<140℃，G2允許175℃的連續(xù)運(yùn)行結(jié)溫，及200℃/100h的過(guò)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(mén)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(mén)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(guò)對(duì)MPPT系統(tǒng)的仿真分析，我們可以看到，在硬開(kāi)關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用，因?yàn)殚_(kāi)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(lài)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(mén)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(kāi)關(guān)拓?fù)渲械膽?yīng)用

在LLC等軟開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，因?yàn)槟軐?shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通，所以功率器件只有導(dǎo)通損耗和關(guān)斷損耗，而沒(méi)有開(kāi)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，Po,max: 20kW

■諧振頻率fr: 100kHz

■DC 輸入電壓， VIN: 800V

■DC 輸出電壓，VOUT : 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(kāi)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)

RDS(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(lài)常溫下RDS(on)數(shù)值，而是要綜合考慮電路拓?fù)?、開(kāi)關(guān)頻率、散熱條件等因素，最好通過(guò)仿真確定最終選型。

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CoolSiC MOSFET Gen2性能綜述

CoolSiC MOSFET G2導(dǎo)通特性解析

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