R课堂 | 缓冲电路的种类和选择

 

关键要点

※ 要想使缓冲电路充分发挥出其效果，需要尽可能靠近开关器件进行安装。缓冲电路包括由R、L、C等无源元件组成的电路和由半导体元器件组成的有源电路。

 

※ 本文介绍了无需控制而且具有成本优势的电路方式——C缓冲电路、RC缓冲电路、放电型RCD缓冲电路和非放电型RCD缓冲电路。

 

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SiC功率元器件基础

 

本文进入本系列文章的第二个主题：“缓冲电路的种类和选择”。

 

• 漏极和源极之间产生的浪涌

• 缓冲电路的种类和选择

• C缓冲电路的设计

• RC缓冲电路的设计

• 放电型RCD缓冲电路的设计

• 非放电型RCD缓冲电路的设计

• 封装引起的浪涌差异

 

 

SiC MOSFET：缓冲电路的种类和选择

缓冲电路包括由电阻器、线圈、电容器等无源元件组成的电路，以及由半导体元器件组成的有源电路(*1)。在这里将为您介绍无需控制且具有成本优势的电路方式。

 

图1为缓冲电路示例。四个电路分别是：在桥式结构的SiC MOSFET上下方一并连接电容器CSNB的（a）C缓冲电路、在各开关器件的漏极和源极之间连接电阻器RSNB和电容器CSNB的（b）RC缓冲电路、在RC缓冲电路中添加了二极管的（c）放电型RCD缓冲电路、以及将RDC缓冲电路的放电路径改变后的（d）非放电型RCD缓冲电路。

图一：缓冲电路的种类

 

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为了使这些缓冲电路充分发挥其效用，必须将它们尽可能地靠近开关器件进行安装。

 

 （a）C缓冲电路的元器件数量较少，但由于必须配置在桥式结构的上下之间，因此存在布线长度较长的缺点，这种电路方式多用于由分立结构二合一组成的模块中。

 

 （b）RC缓冲电路可以配置在各开关器件的附近，但每当开关器件导通时，存储在CSNB中的能量必须由RSNB全部消耗掉（在桥式结构的情况下，同步侧存储在CSNB中的能量在死区时间内被回收）。因此，在这种方式中，当开关频率提高时，RSNB消耗的功率甚至达到几瓦的程度，而CSNB不能过大，浪涌抑制效果往往有限。另外，RSNB限制了浪涌吸收能力，这也导致浪涌抑制效果受限。

 

 对于（c）放电型RCD缓冲电路而言，RSNB消耗的功率与（b）RC缓冲电路相同，但由于浪涌仅经由二极管来吸收，因此其浪涌吸收效果优于（b），更具实用性。但是，需要注意所用二极管的反向恢复特性，另外还要考虑到吸收浪涌时的电流变化较大，需要尽量减小缓冲电路的布线电感等。此外，即使将RSNB与CSNB并联连接，它们在工作上也是相同的。

 

 至于（d）非放电型RCD缓冲电路，RSNB只消耗CSNB所吸收的浪涌能量，所以不必在每次开关时将CSNB中存储的能量全部放电。因此，即使提高开关频率，RSNB的功耗也不会增加太多，故可增加CSNB的容量，从而可构建出浪涌抑制效果非常出色的电路。然而，这种方式的缓冲电路，其布线布局更复杂，除非使用四层以上的电路板，否则很难实现。

 

前面介绍的缓冲电路各有优缺点，因此需要根据电源电路的结构和转换功率容量来选择最合适的缓冲电路。从下一篇开始，将为您介绍每种缓冲电路的设计方法。

 

*1：“开关转换器基础”P95-P107，P95～P107作者：原田耕介、二宫保、顾文建，出版社：CORONA PUBLISHING CO., LTD.1992年2月

 

 

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• SiC MOSFET：缓冲电路的设计方法—前言—

• 漏极和源极之间产生的浪涌

• C缓冲电路的设计

• RC缓冲电路的设计

• 放电型RCD缓冲电路的设计

• 非放电型RCD缓冲电路的设计

• 封装引起的浪涌差异

• SiC MOSFET：缓冲电路设计方法—总结—

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