UnitedSiC SiC FET用户指南

作者： Mike Zhu，文章来源：UnitedSiC微信公众号

简介

本SiC FET用户指南介绍了使用含快速开关SiC器件的RC缓冲电路的实用解决方案和指南。该解决方案经过实验性双脉冲测试（DPT）结果验证。缓冲电路损耗得到精确测量，可协助用户计算缓冲电路电阻的额定功率。本指南还在UnitedSiC_AN0018《开关含缓冲电路的快速SiC FET应用说明》中分析了缓冲电路对硬开关和软开关应用的有益影响。

图1.DPT示意图，硬开关(a)和软开关(b)中都有RC缓冲电路

双脉冲测试器（DPT）采用半桥结构，有电感负载。图1“DPT示意图，硬开关(a)和软开关(b)中都有RC缓冲电路”是简化的示意图。当被测试器件（DUT）打开或关闭时，旁路电容器Cd提供瞬态能量，以便转换高侧（HS）和低侧（LS）器件的电流方向。这是瞬态功率回路。旁路电容器应设计在半桥布局附近，以降低瞬态功率回路中的寄生电感。在被测试器件的打开瞬态中，一旦完成换向，稳态的电流就从直流链路电容器流出，为负载电感器L充电，然后再经过被测试器件返回直流链路大容量电容器。这是稳态功率回路。当被测试器件关闭时，二极管变为前向偏压，且电感器电流流经二极管和电感器（续流回路）。为避免高dvdt诱发快速SiC器件打开，使用隔离的栅极驱动器和隔离的电源抑制高dvdt在栅极信号路径中诱发的共模噪音。这里提供了两个缓冲电路情形。有关详情，请访问https://unitedsic.com/appnotes/Snubber%20AppNotes_V8.pdf，参阅缓冲电路应用说明UnitedSiC_AN0018。

在设计总线缓冲电路时，Rd设计师应该注意Rd中的总能量耗散以免过热。

SiC FET Usage Table UJ3C and UF3C/SC Devices

在硬开关半桥应用中使用第三代产品的说明：
1. UF3CxxxyyyK4S效率最高。建议使用缓冲电路改善电磁干扰。
2. 搭配缓冲电路的UF3CxxxyyyK3S是3L应用的快速解决方案。用于硬开关时，采用3端子封装的UF系列必须使用缓冲电路。

在软开关半桥应用（LLC、PSFB等）中使用第三代产品的说明：
3. D2PAK-7L、TO247-4L效率最高，即使搭配缓冲电路电容器（无Rs）也是如此。
4.UJ3CxxxyyyK3S不需要缓冲电路。在RDS(on)>80m时，UJ3CxxxyyyK3S能非常好地平衡电磁干扰与效率。
5.含Cds电容器的总线缓冲电路通常具有出色的表现与波形。

SiC FET Usage Table UJ4C/SC Devices

在硬开关半桥应用中使用第四代产品的说明：

1. 所有UJ4C器件都是在搭配2.5Ω，100nF的总线缓冲电路时测量的。

2. 所有UJ4CxxxK3S器件都需要搭配2.5Ω，100nF的总线缓冲电路或推荐的器件缓冲电路。

3. 如果开关电流超过20A，则需要器件缓冲电路。也可以选择搭配纯电容缓冲电路的总线缓冲电路，但是会导致过冲较高。

图2：长引脚与短引脚的对比，通孔器件的引脚必须完全插入，以尽量减小电感

缓冲电路设计指南

本SiC FET用户指南介绍了使用含快速开关SiC器件的RC缓冲电路的实用解决方案和指南。该解决方案经过实验性的双脉冲测试（DPT）结果验证。缓冲电路损耗得到精确测量，可协助用户计算缓冲电路电阻的额定功率。本指南还分析了缓冲电路对硬开关和软开关应用的有益影响。名为“开关含缓冲电路的快速SiC FET”的应用说明对本用户指南的内容进行了补充，要阅读该说明，请访问https://unitedsic.com/wp-content/uploads/2019/11/Snubber-AppNotes_V8.pdf。

基本假设：

1. Rgon：尽量减小Qrr，以降低Eon。

2. Rgoff：值很小，因而VGS波形更好。UFK3S需要Rgoff较高，以避免振荡。可以为零。

3. 共源共栅Rg对打开didt有巨大影响，而对dvdt的影响有限。

4. dvdt会被缓冲电路影响。

指南：

说明：在软开关（ZVS）应用中使用缓冲电路Cs可以大幅降低Eoff。

物料清单：

说明：
1. “C0G”陶瓷电容器在温度和电压变化时电容最稳定。
2. KEMET的X8G HV ClassI绝缘体的最高工作温度可达150°C，采用最新的高温绝缘技术，在温度极高的应用中和外壳应用中十分可靠。X8G的电容不随电压而变化，在环境温度变化时变化极小。对于电容较高、占地较大且电容不稳定的器件而言，它是适合的替代选择。在-55°C至+150°C下，它的电容变化仅为±30ppm/°C。KEMETX8R采用挠性端接技术，可阻止板应力传导到刚性陶瓷体，从而降低了挠裂风险，挠裂可能会导致IR低或短路故障。

说明：
1. “KTR18”电阻的额定电压为500V，过载电压为1000V。
2. “SR1206”电阻的额定电压为200V，过载电压为400V，绝缘耐受电压为500V。
3. TE连接采用3540系列的SMD电阻，在2817大小的封装中，70°C下，它可以处理4W功耗。

作者简介：
Mike Zhu是UnitedSiC的应用工程师，在功率电子元件设计、减轻电磁干扰和功率器件评估方面拥有丰富经验。

审核编辑 黄宇