碳化硅FET具有最快的开关速度或边沿速率

功率转换器中不同技术的宽带隙半导体通常通过哪种具有最快的开关速度或边沿速率进行比较。这可以实现更高的工作频率，更低的损耗和更小的功率转换器磁性元件，这听起来是一件好事。然而，在现实世界中，当您想要满足EMI规格时，更快的dV / dt和di/dt可能会令人头疼 - 轨道或寄生电感的最小值以及电路电容会产生振铃，而如果您必须添加多个大型，昂贵的滤波器才能通过辐射限制，WBG技术就不那么吸引人了。振铃还会产生电压过冲，这可能是有害的，或者至少会降低电压安全裕度，迫使使用更高额定值和更昂贵的器件，通常具有更高的传导损耗。

边沿减速会增加耗散

在实践中，必须控制边沿速率以避免过冲应力，常见的解决方案是增加栅极电阻，通常使用二极管门控的导通和关断转换值不同。这肯定会降低电压和电流边沿速率以及初始电压过冲，但会增加关断时的电压/电流重叠，从而增加功耗，并且在关断转换和栅极驱动稳定后发生的振铃持续时间内没有任何作用。降低电感以最小化振铃的尝试也可以通过实现安全隔离和所选器件封装类型所需的实际布局来阻止。

冷落者是领跑者

SiC FET 的更好解决方案是在硬开关应用中在器件上使用一个小的 RC 缓冲器，对于软开关，只需在开关上安装一个电容器，在直流母线轨上使用一个 RC 缓冲器。即使缓冲RC值很小，也可以有效地抑制振铃，同时限制过冲并保持低损耗。图1显示了一个缓冲器，用于控制硬开关电路中的过冲，其值与5欧姆栅极电阻相同，但阻尼要好得多。与仅使用栅极电阻器相比，关断能量Eoff减少了一半，但开启能量Eon确实增加了约10%，因此为了进行公平比较，我们查看Etotal表明，总体而言，缓冲器方法在提供我们需要的阻尼时更有效。在实际电路中，如果在40kHz开关频率下ID为100A，则使用缓冲器且无Rgoff的40毫欧碳化硅FET的功耗将比仅使用10欧姆Rgoff低9.5W。在这两种情况下，Rgon都设置为5欧姆。对于软开关应用，使用简单的电容器缓冲器的损耗甚至更低。

图1.缓冲器控制硬开关电路中的过冲

从波形可以看出，栅极电阻解决方案还会产生从栅极驱动到漏极电压上升的延迟增加，约为104ns，而33ns将限制可实现的最小占空比和高频转换器电路的工作范围。

碳化硅 FET 用户指南加快缓冲值的选择

缓冲器值很容易通过观察振铃波形来计算 - 只需添加一个已知的缓冲电容C1，其约为SiC FET数据手册输出电容Coss的3倍，并查看频率变化，然后推断寄生电容C0，其中包括Coss，杂散和任何散热贡献。寄生电感L现在可以从L-C谐振方程中找到。可能的缓冲起始值为 C1= 2 x C0 和 R=√（L/（C0+C1））。推荐值也可以在 UnitedSiC 网站上找到：SiC FET 用户指南。给出了硬开关和软开关LLC和PSFB应用中不同产品频率范围的值，并且可以针对效率、电压应力和EMI的可接受组合进行调谐。

因此，您可以捆绑并让您的功率转换器电路加速到高频，并获得更小滤波和功率级磁性元件的尺寸、重量和成本效益。所有这些都使用最佳的 SIC FET 电压额定值来完成任务，并将 EMI 控制在可管理的水平。

审核编辑：郭婷