逆變器電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

逆變器電路的優(yōu)化

本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

在選擇逆變器電路中的開關(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關(guān)器件的trr大，則開關(guān)損耗會(huì)增加。

如果逆變器電路中的開關(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

03trr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表示其工作過程，并反復(fù)進(jìn)行該工作過程。

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小的開關(guān)器件，這一點(diǎn)很重要。

圖3：開關(guān)側(cè)器件(High side)的導(dǎo)通波形示例以及trr的大小與開關(guān)損耗之間的關(guān)系

04trr特性差異帶來的開關(guān)損耗比較

圖4是在圖1的逆變器電路中，使用面向普通開關(guān)應(yīng)用的超級(jí)結(jié)MOSFET R6047KNZ4作為開關(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)的開關(guān)損耗和開關(guān)波形仿真結(jié)果。

圖4：不同trr特性的開關(guān)器件的開關(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：普通開關(guān)MOSFET和高速trr MOSFET的損耗分析

根據(jù)該結(jié)果，可以說在選擇逆變器電路中的開關(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。

原文標(biāo)題：R課堂 | 反向恢復(fù)時(shí)間trr的影響

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審核編輯：湯梓紅