【探索DigiKey!FUN肆分享】分享降低碳化硅器件的开关损耗的几个常见手段

sic器件目前在新能源等行业广泛使用,但是它的开关损耗很大。如何降低 SiC 器件开关损耗,我结合自己在现在工作中的经验,简单可以从器件、驱动、拓扑和布局四个方面说一下,请各位指教,不当之处请轻喷:

第一点就是选新一代低 Qg 器件
目前已经出现了第 4 代沟槽栅 SiC MOSFET ,它把栅漏电荷 Qgd 砍到上一代的一半,硬开关损耗直接降 50 %;同时 Coss、Qrr 同步减小,反向恢复损耗也一起下来。

第二点是调栅极驱动参数,相关的重要参数有三个:
1.驱动电压:15 V 即可满开(老器件需 18 V),减少栅电荷
2.栅极电阻 Rg:在 3.3 Ω 附近折中——太小振铃大,太大损耗高。
3.有源驱动/双脉冲整形:动态调整 Vgs 斜率,可把 di/dt、dv/dt 压到临界值而不拖慢开关。

第三就是引入软开关或谐振拓扑
在 DC-DC 或逆变器里加 ZVS/ZCS 网络,让器件在“零电压/零电流”点动作,理论开关损耗归零;实测 120 V→5 V/5 A Buck,软开关后损耗再降 70 %。

第四是缩小功率环路、降低寄生
在画电路板的线路图时,注意把半桥回路面积压到 <1 cm²,可把环路电感从 50 nH 降到 10 nH,关断尖峰下降 40 %,这样能够让额外损耗同步减少。
封装选型时尽可能采用 TO-247-4L 或 Kelvin-source 封装,去掉共源电感,栅极振铃抑制 30 %。

以上四个步骤不分先后,在实际设计时,需要根据项目的需求还有成本灵活选择,可以把效率提升 3%到5 %,对于几百千瓦的设备而言,损耗很可观了。