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CoolSiC™ MOSFET G2如何正确选型

CoolSiC™ MOSFET G2如何正确选型 英飞凌工业半导体
2025-06-23
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导读:SiC MOSFET选型,导通电阻不是唯一标准,硬开关与软开关拓扑需要使用不同的策略

之前两篇文章我们分别介绍了CoolSiC™ MOSFET G2的产品特点及导通特性(参考阅读:CoolSiC™ MOSFET Gen2性能综述CoolSiC™ MOSFET G2导通特性解析,今天我们分析一下在软开关和硬开关两种场景下,如何进行CoolSiC™ MOSFET G2的选型。


G2在硬开关拓扑中的应用


除了RDS(on),开关损耗在SiC MOSFET的选型中也扮演着非常重要的角色。因为SiC往往工作在非常高的开关频率,尤其在硬开关拓扑中,开关损耗的占比可达60%以上。这时使用开关损耗更低的G2来代替G1,会取得明显的系统优势。下面我们通过MPPT boost电路的仿真实例来看一下。


仿真电路:


26A MPPT仿真条件:


仿真边界条件设置为Tvj,max<140℃,G2允许175℃的连续运行结温,及200℃/100h的过载结温,这里留了比较大的余量。


使用40mΩ G1对比40mΩ和53mΩ的G2,可以看到,40mΩ G2总损耗与40mΩ G1持平,结温高约1.9℃(112.1℃-->124℃)。如果使用53mΩ G2,损耗大幅增加,结温增加到141.4℃。但G2允许更小的门极电阻,如果将Rg降低到2.3Ω(数据手册推荐值),则53mΩ G2的结温会降低至137.1℃。



32A MPPT仿真条件:


在这种应用情景下,34mΩ G2与40mΩ G1损耗与结温基本持平,如果换用40mΩ G2,结温会升高约8℃。但这种升高的结温可以用降低门极驱动电阻Rg来进行补偿。将Rg从4.7Ω降低到2.3Ω,40mΩ G2结温将会降低到139.4℃,与40mΩ G1非常接近。



通过对MPPT系统的仿真分析,我们可以看到,在硬开关系统应用,因为开关损耗占比较高,导通损耗占比较低,G2对G1的替换策略依赖于不同的场景:

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特定条件下(如26A MPPT),可使用同等导通电阻替换,比如40mΩ G2替换40mΩ G1,可维持相同的损耗与结温,如果用34mΩ G2替换40mΩ G1,可以使得系统损耗和器件温度降低,进而提高功率密度,冷却需求减少。

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部分场景中,如更大电流的MPPT,或者buck-boost中,可以使用更低Rdson的G2,来替换Rdson高一档的G1。比如在32A MPPT中,可使用34mΩ G2替换40mΩ G1。也可对G2采用更低的门极电阻来降低损耗,这种情况下可使用40mΩ G2替换40mΩ G1。

G2在软开关拓扑中的应用


在LLC等软开关拓扑中,因为能实现零电压开通,所以功率器件只有导通损耗和关断损耗,而没有开通损耗。因此对LLC来说,导通损耗所占比重更大。


对20kW LLC典型工况进行仿真:


 MOSFET: IMZC120R034M2H / IMZA120R040M1H,4并

 最大输出功率, Po,max: 20kW

 谐振频率fr: 100kHz

 DC 输入电压, VIN: 800V

 DC 输出电压, VOUT : 300V

 死区时间,DT: 300ns


仿真结果:


从仿真结果可以看出,导通损耗占总损耗相当大的比例,因此:

使用IMZC120R034M2H取代IMZA120R040M1H,可使损耗和结温维持在同一水平

使用IMZC120R026M2H取代IMZA120R030M1H,可降低3℃结温


因此,在软开关拓扑中,推荐使用导通电阻稍低的G2,来替换导通电阻高一档的G1。


以下是TO-247-4封装的G2选型表供参考:


总结

RDS(on)是评价SiC MOSFET的重要考量,但并不是唯一参数。在进行CoolSiC™ MOSFET G2产品选型时,不能单纯依赖常温下RDS(on)数值,而是要综合考虑电路拓扑、开关频率、散热条件等因素,最好通过仿真确定最终选型。



参考阅读


CoolSiC™ MOSFET Gen2性能综述

CoolSiC™ MOSFET G2导通特性解析


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