R课堂 | DC-DC转换器实机验证

关键要点

降压型DC-DC转换器实机验证结论：

• 在轻负载条件下，由于第4代SiC MOSFET的开关损耗非常小，所以效率显著改善。

• 在重负载条件下，与第3代SiC MOSFET相比，第4代SiC MOSFET的损耗降低达15W以上。

• 尤其是高边SiC MOSFET的开关损耗和反向恢复损耗大幅降低，这将有助于改善整体损耗。

继上一篇文章的电路工作原理和损耗分析之后，本文我们一起来看一下实际安装进行验证的结果。

第4代SiC MOSFET的特点

在降压型DC-DC转换器中使用第4代SiC MOSFET的效果

1）电路工作原理和损耗分析

2）DC-DC转换器实机验证

在EV应用中使用第4代SiC MOSFET的效果

1）EV应用

2）装入牵引逆变器实施模拟行驶试验

3）图腾柱PFC实机评估

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在降压型DC-DC转换器中使用第4代SiC MOSFET的效果：DC-DC转换器实机验证

为了确认上一篇中提到的损耗分析在实际应用产品中的具体反映，我们将第4代SiC MOSFET安装在以下规格的降压型DC-DC转换器中，进行了实际应用验证。表1中是DC-DC转换器和SiC器件的规格。用来调整开关速度的外置栅极电阻Rg_ext采用的是3.3Ω，这个值可以平衡高速开关与振铃和浪涌。图1是（a）DC-DC转换器电路和（b）半桥部分使用的第4代SiC MOSFET评估板（内置去耦电容）。电感器L、输出电容器Co以及输入大容量电容器是外接的。另外，为了进行比较而使用了第3代SiC MOSFET。

表1.DC-DC转换器规格和SiC器件规格

图1.实机验证用降压型DC-DC转换器和第4代SiC MOSFET评估板

图2是50kHz条件下导通和关断时的VGS、VDS、ID波形（右列波形）。左侧是将导通时（右列波形中绿色虚线包围的区域）的波形放大后的样子。从放大后的波形可以看出，导通时的上升时间Trise非常短，仅有20ns左右。

图2.实测开关波形（500Vin,250Vo/20A(5kW),50kHz）

图3是该DC-DC转换器的效率（左侧）和损耗（右侧）测试结果。从测试结果可以看出，在轻负载（1kW附近）条件下，开关损耗（固定损耗）非常小——这也是第4代SiC MOSFET的特点，所以效率得以显著提高。另外， 在重负载（5kW附近）条件下，与第3代SiC MOSFET相比，第4代SiC MOSFET的损耗降低达15W以上。

图3.效率和损耗的测试结果（500Vin,250Vo/7kW,50kHz）

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图4是对DC-DC转换器的损耗分解进行理论分析后的结果。已经确认损耗降低了约15W。另外还可以看出，尤其是高边SiC MOSFET的开关损耗和反向恢复损耗PQrr大幅降低，为改善整体损耗发挥了重要作用。

图4.损耗分析结果（计算值）（左：2kW，右5kW）

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