在本文中,，我們分析了一些碳化硅和氮化鎵 FET器件的靜態(tài)和動態(tài)行為。公司正將精力集中在這些類型的組件上,，以創(chuàng)建高效轉換器和逆變器,。
UnitedSiC的UJ4SC075006K4S SiC FET MOSFET 和 Transphorm的TP65H150G4PS GaN FET MOSFET 用于仿真
我們將在隨后的測試和模擬中使用一些新一代 SiC 和GaN FET 器件，它們結合了新技術的許多優(yōu)點,。
它們可以總結如下：
· 在高溫下具有出色的功能
· 輸入容量低
· 低RDS(on)
· 出色的反向恢復
· 存在用于消除額外電壓的二極管
· 靜電防護
· 用于快速切換和清潔波的特殊封裝
如圖 1 所示,，正在檢查的設備是：
· UnitedSiC 的 UJ4SC075006K4S SiC FET MOSFET
· Transphorm 的 TP65H150G4PS GaN FET MOSFET
第一款 UJ4SC075006K4S 器件非常強大，導通電阻 (R DS(on) ) 僅為 6 mΩ 和 750 V,，是 UnitedSiC 的 9 件式 SiC FET MOSFET 系列的一部分,。該組件基于“級聯(lián)”電路的獨特配置。帶有 R DS(on)該器件的短路耐受時間不到競爭對手的一半,，短路耐受時間為 5 μs,。這些樣品采用 TO-247-4L 封裝，四引腳,，部分樣品采用 TO-247-3L 封裝,，三引腳。級聯(lián)技術具有寬帶范圍技術的優(yōu)勢,，例如高速,、高溫運行時的低損耗、出色的穩(wěn)定性以及集成 ESD 保護的穩(wěn)健性,。對于開關應用,，集成二極管比競爭技術快得多。其應用包括電動汽車的驅動和牽引,、車載和非車載充電器,、單向和雙向電源轉換器、可再生能源逆變器以及所有類型的轉換器,。第二個 TP65H150G4PS 器件是一個 650V,、150mΩ GaN 樣本，是一個常閉組件,。它將高壓 GaN HEMT 技術與硅 MOSFET 的低壓技術相結合,，提供高度可靠的運行和卓越的性能,。
靜態(tài)狀態(tài)下的效率和 R DS(on)
以下仿真用于評估和檢查靜態(tài)狀態(tài)下電源電路的效率值，并驗證器件開啟時漏源溝道的電阻,。顯示了處于開啟狀態(tài)的兩個正在檢查的設備,，后者在柵極上使用 20 V 的直流電壓固定。對于 50Ω 負載,，系統(tǒng)電源為 500V,。
兩個組件的 R DS(on)的計算是在器件處于開啟狀態(tài)期間通過執(zhí)行以下等式進行的：效率計算也非常簡單，用于評估系統(tǒng)中有利可圖的能源使用量,，以及未使用熱量中損失的能源量：
動態(tài)狀態(tài)下的效率和功率損耗
動態(tài)機制是最重要的,，因為在這里對組件進行測試。由于 EMI,、功率損耗、連接的任何電感負載以及組件本身的切換,，系統(tǒng)會承受很大的壓力,。圖 3 顯示了 PWM 電源的一般示例，在這種情況下,，其頻率約為 500 kHz,。PWM 信號的生成是通過兩個單片 P 溝道和 N 溝道 MOSFET 進行的。某些類型的噪聲的減少是通過具有以下特征的鐵氧體磁珠實現(xiàn)的：
· 電感：0.38μH
· 串聯(lián)電阻：0.371 Ω
· 并聯(lián)電阻：1,600 Ω
· 并聯(lián)電容：0.78 pF
· 100 Mhz 阻抗：266.5 Ω
· 最大限度,。阻抗：1,598.1 Ω
· 最大頻率 阻抗：292 兆赫
技術正在與停電作斗爭,。元件的非理想特性恰好在開關時刻增加了它們的耗散功率。
組件的輸入和輸出容量及其 R DS(on)和其他元素的存在會導致功率損耗,，幸運的是,，功率損耗正在日益改善。
以下是兩種器件運行所達到的效率：
· SiC FET 效率：98.24%
· GaN FET 效率：99.02%
這些都是極高的效率,，允許積極使用幾乎所有的能量,，同時保持 MOSFET 的工作溫度較低。
事實上,，導通狀態(tài)下的 V ds 值非常低,，電子開關的行為幾乎完美。
只有在所使用的兩個組件的相關 SPICE 庫可用,、可從 Internet 上下載并包含以下標頭的情況下,，才能進行仿真：
.subckt UJ4SC075006K4S nd ng ns nss
和
.subckt TP65H150G4LSG 301 302 303
結論
設計人員應記住，功率器件的電子仿真可能與實際情況有很大差異,，尤其是當系統(tǒng)包含電感和電容元件時,。
此外，應該記住,，功率 MOSFET 始終需要由優(yōu)秀的驅動器驅動,，以確保柵極處的高驅動電流,，因為電容性輸入組件會阻礙柵極處的清晰和立即激活。
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