仿真器可以提供許多信息,但無法告知哪些功率晶體管可以優化您的設計,也無法確定晶體管在特定應力水平下是否會損壞。這就是在線 FET-Jet 計算器的優勢所在。閱讀本博客,了解該軟件如何簡化器件選擇以及如何準確預測系統性能。
這篇博客文章最初由 United Silicon Carbide (UnitedSiC) 發布,該公司于 2021 年 11 月加入 Qorvo 大家庭。UnitedSiC 是一家領先的碳化硅 (SiC) 功率半導體制造商,它的加入促使 Qorvo 將業務擴展到電動汽車 (EV)、工業電源、電路保護、可再生能源和數據中心電源等快速增長的市場。
電源設計工具在不斷改進,同時仿真生成的波形越來越準確,在調整、效率和損耗方面的性能也越來越出色。不過有一個小問題:仿真器只能根據您的指示工作,雖然相關軟件比較聰明,但仍無法為您選擇功率晶體管,當然也無法告知您選擇的晶體管是否最合適,或者該晶體管在正常電路應力下是否會損壞。
設計人員應非常了解需使用的開關技術,所以他們不會將 IGBT 用于 MHz 開關或將硅 MOSFET 用于高功率牽引應用,他們或許會做出明智的選擇,考慮將 UnitedSiC SiC FET 作為起點,以利用其近乎理想的開關性能和較低的傳導損耗。SiC FET 適用范圍比較廣泛,具有不同的電壓額定值、導通電阻和封裝類型,而且可以選擇將部件并聯。我們可以找到性價比最優的 SiC FET,但到目前為止,這還需要通過仿真進行冗長的迭代或使用不同部件進行臺架測試。如今,UnitedSiC 的在線 FET-Jet 計算器改變了這一切。
該計算器可以幫您選擇初始部件。該工具無需注冊即可免費使用,設計人員可在其中選擇應用、拓撲結構、電氣設計參數和環境溫度,并在選定的額定散熱值下,快速嘗試使用 UnitedSiC SiC FET 系列中的器件和二極管。隨后即刻計算出關鍵性能結果(包括整體效率)、組件損耗(分為動態損耗和傳導損耗)、結溫以及電流應力水平。如果產生的電壓高于所選部件的額定電壓,則會發出警告。
進一步探究可發現,可以選擇的應用包括 AC-DC 前端應用以及隔離或非隔離型 DC/DC 轉換器。每個應用中都可以選擇目前流行的拓撲結構。例如:在 AC-DC 應用中,可選擇傳統升壓型 PFC、圖騰柱型 PFC、Vienna 整流器或兩電平電壓源逆變器。在非隔離型 DC-DC 應用中,除了三級升壓拓撲結構,還可選擇包含或不包含同步整流功能的降壓式或升壓式拓撲結構。在隔離型 DC-DC 應用中,可選擇較常用的 LLC 轉換器,還可以選擇半橋、全橋,以及能夠控制相移的相移全橋或雙有源橋等版本。如有必要,還可支持連續導通 (CCM) 和臨界導通 (BCM) 等多種導通模式。
通過下拉菜單,可選擇 UnitedSiC 系列的 SiC FET 和二極管,下拉菜單會定期更新,增加最新發布的器件。單擊某個器件即可跳轉至其產品頁面,產品頁面中提供器件數據手冊和 SPICE 模型的鏈接,非常實用便捷。顯示的器件清單還可以按照額定電壓、封裝類型和系列進行排序,并且還有一個滑塊,用于將選擇范圍限定在某個額定電流范圍內。
以下示例將更好地為您展示該計算器的強大功能。如果我們在隔離型 DC-DC 部分中選擇一個相移全橋拓撲結構,我們會看到屏幕中出現以下內容。
圖 1:UnitedSiC FET-Jet 計算器的屏幕截圖示例
這里,我們選擇 800V 輸入電源,提供 400V/12kW 輸出。開關頻率設置為 80kHz,并且輸入了 PSFB 拓撲結構的相應參數,如期望的峰峰值電感波紋電流、最大初級相移、最大工作周期損耗、變壓器初級線圈電容和匝比。可指定最高散熱溫度,還可以指定從開關通過隔離墊到散熱器的熱阻。請注意,器件導通電阻和結至外殼的電阻可設置為 “典型值” 或 “最大值”,以便對最壞情況進行分析。
選擇 UF3C120080K4S 器件后,計算器會立即計算出正向和反向開關電流的平均值和均方根值,以及完全擊穿時的傳導損耗和開關損耗,同時得到 99.25% 的半導體整體效率。現在,您可以嘗試選擇其他器件或運行條件并查看結果。例如:使用相同 SiC FET 時,將開關頻率提高到 200kHz 會使損耗增加 19%,但進一步計算可能會顯示由此帶來的好處,即磁性組件顯著縮小,這或許就是半導體損耗較高的原因。嘗試將功率翻倍至 24kW 時,會出現紅色警告,表明器件結溫超過最大額定值。
我們還可以進行一個有趣的實驗,即將每個位置的并聯 FET 數量設置為 1 個以上。然后,返回至默認設置,可發現使用兩個并聯 FET(而不是一個),可將整體損耗減少近一半,結溫降低近 20℃。這是因為電流由兩個器件分流,而功率與電流的平方成正比,所以與使用單個器件相比,使用兩個器件時每個器件的損耗只有四分之一,兩個器件的總損耗只有一半。而且因為傳導損耗僅為使用單個器件的四分之一,所以每個 FET 的運行溫度更低,所以其導通電阻和損耗也更低。這與兩個 FET 并聯導致的開關損耗略微升高相抵消。
在電源設計中,一開始的半導體開關選擇可能是件苦差事。UnitedSiC 的新型 FET-Jet 計算機可幫助您輕松并準確地預測系統性能。對于希望快速可靠地預測 UnitedSiC FET 在各種應用中性能的設計人員來說,這款多功能型 FET-Jet 計算器具有非常大的吸引力,不僅有趣,而且還是免費的!
請點擊此處
https://info.unitedsic.com/fet-jet 試用計算器。
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原文標題:UnitedSiC FET-Jet 計算器,讓 SiC FET 的選擇過程不再全憑猜測
文章出處:【微信公眾號:Qorvo半導體】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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