工业设备辅助电源驱动用的SiC电源解决计划
前言
包括光伏逆变器、电气驱动装置、UPS及HVDC在内的功率转换系统 ，需要栅极驱动器、微控制器、显示器、传感器及电扇来使系统正常运行 。这类产品需要能够提供12V或24V低电压电源的辅助电源 。辅助电源则需要输入通常工业设备所使用的三相400/480V AC电源、或太阳能光伏逆变器所使用的高电压DC电源才华事情 。本文将介绍融入了ROHM的SiC技术优势且设计简单、性价比高的电源解决计划 。
小型辅助电源用SiC MOSFET
图1是辅助电源所用的普通电路 。在某些输入电压条件下 ，MOSFET的最高耐压需要抵达1300V 。为了确保宁静 ，需要一定的电压余量 ，因此一般来讲至少需要使用额定电压1500V的产品 。虽然也可以使用具有同样绝缘击穿电压的Si MOSFET ，但损耗将变大 ，故而需要腾贵且厚重的散热器 。
另外另有使用更庞大的拓扑结构（双端反激式转换器方法、低电压器件串联等）而不使用1500V MOSFET的做法 。可是 ，这些做法不但会增加设计难度 ，还会使部件数量增加 。
如果使用特定导通电阻仅为1500V Si-MOSFET的1/2（拜见图2）的1700V SiC-MOSFET ，则辅助电源的设计者们将能够使用简单的单端反激式转换器的拓扑 ，从而获得小巧的身材和良好的性能 。ROHM拥有完全塑封的TO-3PFM封装以及外貌贴装型封装（TO-268-2L）技术 ，并提供适用于此类应用的高耐压SiC-MOSFET 。这些产品的特点是划分可确保5mm和5.45m的爬电距离 。
极具性价比且实现SiC单端反激式拓扑结构的控制IC
接纳了SiC-MOSFET的反激式转换器的辅助电源解决计划 ，因接纳了ROHM的控制IC而更具魅力和吸引力 。这种控制IC的设计利用反激式转换器宁静可靠地驱动SiC-MOSFET ，并且不会因栅极驱动器IC而变得庞大 。
ROHM针对目前可入手的几款SiC-MOSFET ，开发出特别满足各元器件栅极驱动所需条件的准谐振AC/DC转换器控制IC“BD768xFJ”并已实施量产 。这款控制IC与ROHM的1700V耐压SiC-MOSFET相结合 ，可以最大限度地发挥产品的效率与性能 。BD768xFJ不但可控制所有的反激式电路 ，还能够以适当的栅极电压驱动SiC-MOSFET ，从而包管最佳性能 。别的 ，还可通过栅极箝位功效和过载� ；すπЮ幢 ；iC-MOSFET 。
BD768xFJ这款控制IC ，接纳小型SOP8-J8封装 ，具备电流检测用的外置分流电阻和过负载、输入欠压、输出过电压� ；さ缺 ；すπб约叭砥舳裙π� 。搭载了准谐振开关 ，以在全部事情规模内将EMI抑制在最低水平 ，并降低开关损耗 。另外 ，为了优化在低负载规模的事情 ，控制器还装置了突发模式事情和降频功效 。
下图中是接纳了BD768xFJ控制IC和ROHM生产的1700V耐压SiC-MOSFET的辅助电源的主要电路 ，简单而又高性能 。
使用了SiC-MOSFET的辅助电源的性能
ROHM为了便于对使用了SiC-MOSFET的简单辅助电源的性能进行评估而专门开发了评估板（拜见图4） 。这款评估板为了在准谐振开关AC/DC转换器中驱动1700V耐压SiC-MOSFET“SCT2H12NZ”而使用了BD768xFJ-LB 。准谐振事情有助于将开关损耗控制在最低并抑制EMI 。电流检测通过外置的电阻器进行 。另外 ，通过使用轻负载时的突发模式事情和降频功效 ，还可实现节能化与高效化 。
SiC-MOSFET的开关波形如图5所示 。通过差别输出负载的波形可以看出在接通SiC-MOSFET时谐振漏源电压如何变革 。接纳准谐振事情 ，可最大限度地降低开关损耗和EMI 。轻负载时（Pout = 5W时 ，左图）的突发事情模式结束后 ，转为准谐振事情模式 。通过跳过许多波谷来控制频率 。当输出负载増加（Pout = 20W时 ，中图）时 ，波谷数量减少 ，频率上升 。当接近划定的最大输出负载（在这种情况下Pout = 40W ，右图）时 ，将只有一个波谷 。此时 ，开关频率抵达最大值120kHz 。
另外 ，为了延长一次侧的开关导通时间 ，可以稍微降低开关频率并提高输出功率的要求 。这样 ，一次侧电流峰值增加 ，传输的能量也增加（Pout = 40W时） 。当凌驾最大输出功率时 ，过电流� ；すπ虑椴⒆柚箍匦卸� ，以避免系统过热 。
首先 ，评估板因有两个事情点而以电流不连续模式（DCM）事情 。然后 ，在最后一个事情点（40W）时正好抵达电流临界模式（BCM） 。凭据差别的输入电压 ，DCM和BCM在差别的输出功率进行切换 。
图6左侧是关于差别的输入电压 ，在最大40W的负载规模输出12V电压时的效率 。如图6右侧所示 ，通过丈量可知SiC-MOSFET的外壳温度坚持在90℃以下 。SiC-MOSFET的最大容许结温为175℃ 。芯片-外壳间的热阻远远低于外壳-情况间的热阻 ，因此只要是结温低于上限值的外壳即可以说是宁静的 。这标明该评估板纵然在高达40W的输出功率条件下 ，无需散热器也可事情 。另外 ，如果对SiC-MOSFET增加散热器来冷却输出整流二极管 ，则可以实现更高的输出功率 。
这里给出的是各DC输入电压的丈量值 ，利用400 / 480V的三相AC电源也可运行评估板 。PCB上装置了整流所需的二极管电桥 。
利用SiC-MOSFET技术 ，可实现小型化并提高系统效率、可靠性及简洁性
在需要几十瓦的简单且性价比高的三相输入用单端反激式解决计划和凌驾400V的DC输入电压条件下 ，Si-MOSFET并不适用 。因为大电压Si功率MOSFET的性能较低 。另外 ，使用双端反激式或堆叠式MOSFET等设计庞大结构的辅助电源 ，是很是费时辛苦的 。这部分精力应该用在主电源系统的设计上 。
利用1700V SiC-MOSFET的优异性能和BD768xFJ控制IC ，不但能够设计三相系统用或高DC输入电压用的简单辅助电源 ，并且还可以发挥出卓越的性能 。 利用基于SiC-MOSFET的技术 ，设计人员可提高产品的效率、简洁性、可靠性并实现小型化 。1700V SiC-MOSFET在性能方面的优势可以与使用了Si-MOSFET的解决计划系统的成内幕匹敌 ，好比可削减散热器、线圈等腾贵部件的本钱 。经过优化的控制IC可宁静地驱动SiC-MOSFET ，是能够减轻设计担负并将系统产品投入市场的周期最短化的极具突破性的解决计划 。
ROHM的官网果真了更详细的电路图、尺寸指南、部件清单以及更详细的应用说明 。另外 ，还可联系ROHM获取专为辅助电源单位而优化了控制IC和SiC-MOSFET的评估板 。https://www.rohm.com.cn
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