使用SiC MOSFET时如何尽量降低电磁干扰和开关损耗-德赢Vwin官网网

对于一直在设法提高效率和功率密度并同时维持系统简单性的功率设计师而言，碳化硅（SiC）MOSFET的高开关速度、高额定电压和小RDS(on)使得它们具有十分高的吸引力。然而，由于高开关速度会导致高漏源电压（VDS）峰值和长振铃期，它们会产生电磁干扰，尤其是在电流大时。本文提供了一个较好的解决方案来优化电磁干扰和效率之间的平衡。这种方法已经采用1200V 40mOhm器件进行了双脉冲测试验证。

了解VDS峰值和振铃
寄生电感是SiC MOSFET的VDS峰值和振铃的主要成因。从关闭波形（图1）中看，栅源电压（VGS）从18V至0V。关闭时的漏极电流（ID）为50A，VDS为800V。SiC MOSFET的高开关速度会导致高VDS峰值和长振铃期。该峰值降低了器件的设计余量以应对照明条件或负载突变，而长振铃期则带来的电磁干扰。在大电流下，这种情况更加明显。

图1.使用SiC MOSFET时在关闭情况下的VDS峰值和振铃（1200V，40mOhm）

常见电磁干扰抑制技术
传统的电磁干扰抑制方法是使用大栅极电阻（RG）降低电流流经器件的速度（dI/dt）。但是大RG会显著增加开关损耗，要在效率和电磁干扰之间进行权衡取舍。

另一种抑制电磁干扰的方法是降低功率回路杂散电感。要实现这一目的，需要更改电路板的布局，还需要使用体积较小、电感较低的封装。然而，尽量降低功率回路的效果是有限的，而且还需要遵守最小空隙和间隔方面的安全规定。使用较小的封装也会影响热性能。

可以使用过滤器来帮助达到电磁干扰要求，简化系统权衡。频率抖动等控制技术也能降低供电导致的电磁干扰噪音。

使用RC缓冲电路
采用简单的RC缓冲电路是一种更为有效和高效的方法。它能控制VDS峰值并缩短振铃期，同时实现更高的效率和可以忽略的关闭延迟。由于更快的dv/dt和额外的电容器，缓冲电路会有更高的位移电流，而这会降低关闭过渡期间的ID和VDS交叠。

双脉冲测试（DPT）证实了RC缓冲电路的效果。它采用有电感负载的半桥配置。桥的高侧和低侧采用相同的器件，在低侧测量VGS、VDS和ID（图2）。电流变换器（CT）测量器件和缓冲电路电流。因此，测量的总开关损耗包含器件损耗和缓冲电路损耗。

图2.半桥配置（顶部和底部器件相同）

RC缓冲电路由一个简单的200pF电容器和10Ω电阻串联而成，跨SiC MOSFET的漏极和源极连接。

图3. RC缓冲电路（左）能比大RG（右）更有效地控制电磁干扰

图3比较了图1中的同一个器件的关闭情况。左侧波形采用含小RG(off)的缓冲电路，而右侧波形采用大RG(off)且无缓冲电路。两种方法都限制了关闭峰值漏源电压VDS。然而，由于将振铃期降低至仅33ns，缓冲电路更加高效，延迟时间也更短。

图4.比较表明使用RC缓冲电路对打开时的影响非常小

图4比较了在采用5Ω的RG(on)时，有RC缓冲电路（左）和没有缓冲电路时的波形。采用RC缓冲电路时的打开波形有一个峰值略高的反向恢复电流（Irr），但是没有其他显著区别。

RC缓冲电路能比大RG(off)更有效地控制VDS的峰值和振铃期，但是它会影响效率吗？

图5.缓冲电路和大RG(off)的开关损耗（Eoff、Eon）的比较

在48A电流下，大RG(off)的关闭损耗是含小RG(off)的缓冲电路的两倍以上，几乎与不采用缓冲电路时相当。因此，可以得出结论，缓冲电路更加高效，它允许更快地开关，并能更有效地控制VDS峰值和振铃。从打开损耗中可以看出，缓冲电路的Eon仅有微小的提高。

图6.缓冲电路与大RG(off)的总开关损耗（Etotal）的比较

为了更好地了解整体效率，我们将Eoff与Eon加在一起得到Etotal（图6）。在全速开关的情况下，电流超过18A时，缓冲电路更高效。对于在40A/40kHz下开关的40mΩ器件而言，采用大RG(off)与采用含小RG(off)的缓冲电路时的损耗之差为11W。总之，与使用大RG(off)相比，缓冲电路能更为简单、有效和高效地尽量降低电磁干扰和开关损耗。

文章来源： Unite dSiC

审核编辑：汤梓红

声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表德赢Vwin官网网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。举报投诉

MOSFET

MOSFET

+关注

关注
147

文章
7155

浏览量
213124
电磁干扰

电磁干扰

+关注

关注
36

文章
2312

浏览量
105391
SiC

SiC

+关注

关注
29

文章
2804

浏览量
62602
碳化硅

碳化硅

+关注

关注
25

文章
2748

浏览量
49014

PFC MOSFET的开关损耗测试方案

MOSFET/IGBT的开关损耗测试是电源调试中非常关键的环节，但很多工程师对开关损耗的测量还停留在人工计算的感性认知上，PFC MOSFET的开关

发表于 10-19 10:39 •2026次阅读

功率MOSFET的开关损耗：开通损耗

过程中的开关损耗。开关损耗内容将分成二次分别讲述开通过程和开通损耗，以及关断过程和和关断损耗。功率MOSFET及驱动的等效电路图如图1所示，

发表于 02-24 15:05

功率MOSFET的开关损耗：关断损耗

的影响更明显。（3）降低米勒电压，也就是降低阈值开启电压同时提高跨导，也可以提高开关速度，降低开关损耗。但过低的阈值电压会使

发表于 03-06 15:19

为何使用 SiC MOSFET

。设计挑战然而，SiC MOSFET 技术可能是一把双刃剑，在带来改进的同时，也带来了设计挑战。在诸多挑战中，工程师必须确保：以最优方式驱动 SiC MOSFET，最大限度

发表于 12-18 13:58

全SiC功率模块的开关损耗

SiC-MOSFET和SiC肖特基势垒二极管的相关内容，有许多与Si同等产品比较的文章可以查阅并参考。采用第三代SiC沟槽MOSFET，开关损耗

发表于 11-27 16:37

开关损耗更低，频率更高，应用设备体积更小的全SiC功率模块

SiC-MOSFET和SiC-SBD（肖特基势垒二极管）组成的类型，也有仅以SiC-MOSFET组成的类型。与Si-IGBT功率模块相比，开关损耗大大

发表于 12-04 10:14

SiC-SBD大幅降低开关损耗

时间trr快（可高速开关）・trr特性没有温度依赖性・低VF（第二代SBD）下面介绍这些特征在使用方面发挥的优势。大幅降低开关损耗SiC-SBD与Si二极管相比，大幅改善了反向恢复时间

发表于 03-27 06:20

【干货】MOSFET开关损耗分析与计算

本帖最后由张飞电子学院鲁肃于 2021-1-30 13:21 编辑本文详细分析计算功率MOSFET开关损耗，并论述实际状态下功率MOSFET的开通过程和自然零电压关断的过程，从而使电子

发表于 01-30 13:20

内置SiC SBD的Hybrid IGBT 在FRD＋IGBT的车载充电器案例中 开关损耗降低67%

内置SiC肖特基势垒二极管的IGBT：RGWxx65C系列内置SiC SBD的Hybrid IGBT在FRD＋IGBT的车载充电器案例中开关损耗降低67%关键词* •

发表于 07-27 10:27

MOSFET开关损耗分析

为了有效解决金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在通信设备直流-48 V缓启动应用电路中出现的开关损耗失效问题，通过对MOSFET 栅极电荷、极间电容的阐述和导通过程的解剖，定位了M

发表于 01-04 14:59 •42次下载

功率MOSFET的开关损耗分析

功率MOSFET的开关损耗分析。

发表于 04-16 14:17 •50次下载

使用LTspice估算SiC MOSFET的开关损耗

。此外，今天的开关元件没有非常高的运行速度，不幸的是，在转换过程中不可避免地会损失一些能量（幸运的是，随着新电子元件的出现，这种能量越来越少）。让我们看看如何使用“LTspice”仿真程序来确定 SiC MOSFET 的

发表于 08-05 08:05 •1w次阅读

全SiC功率模块的开关损耗

全SiC功率模块与现有的IGBT模块相比，具有1）可大大降低开关损耗、2）开关频率越高总体损耗降低

发表于 02-08 13:43 •1040次阅读

全SiC功率模块的开关损耗

全SiC功率模块与现有的功率模块相比具有SiC与生俱来的优异性能。本文将对开关损耗进行介绍，开关损耗也可以说是传统功率模块所要解决的重大课题。

发表于 02-24 11:51 •752次阅读

影响MOSFET开关损耗的因素

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）的开关损耗是电子工程中一个关键的性能参数，它直接影响到电路的效率、热设计和可靠性。下面将详细阐述

发表于 09-14 16:11 •744次阅读

搜索历史

使用SiC MOSFET时如何尽量降低电磁干扰和开关损耗

评论

PFC MOSFET的开关损耗测试方案

功率MOSFET的开关损耗：开通损耗

功率MOSFET的开关损耗：关断损耗

为何使用 SiC MOSFET

全SiC功率模块的开关损耗

开关损耗更低，频率更高，应用设备体积更小的全SiC功率模块

SiC-SBD大幅降低开关损耗

【干货】MOSFET开关损耗分析与计算

内置SiC SBD的Hybrid IGBT 在FRD＋IGBT的车载充电器案例中开关损耗降低67%

MOSFET开关损耗分析

功率MOSFET的开关损耗分析

使用LTspice估算SiC MOSFET的开关损耗

全SiC功率模块的开关损耗

全SiC功率模块的开关损耗

影响MOSFET开关损耗的因素