包括光伏逆變器、電氣驅(qū)動(dòng)裝置、UPS及HVDC在內(nèi)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，需要柵極驅(qū)動(dòng)器、微控制器、顯示器、傳感器及風(fēng)扇來(lái)使系統(tǒng)正常運(yùn)行。這類(lèi)產(chǎn)品需要能夠提供12V或24V低電壓電源的輔助電源。輔助電源則需要輸入通常工業(yè)設(shè)備所使用的三相400/480V AC電源、或太陽(yáng)能光伏逆變器所使用的高電壓DC電源才能工作。本文將介紹融入了ROHM的SiC技術(shù)優(yōu)勢(shì)且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高的電源解決方案。

小型輔助電源用SiC MOSFET

圖1是輔助電源所用的普通電路。在某些輸入電壓條件下，MOSFET的最高耐壓需要達(dá)到1300V。為了確保安全，需要一定的電壓余量，因此一般來(lái)講至少需要使用額定電壓1500V的產(chǎn)品。當(dāng)然也可以使用具有同樣絕緣擊穿電壓的Si MOSFET，但損耗將變大，故而需要昂貴且厚重的散熱器。

圖1. 普通反激式轉(zhuǎn)換器方式的輔助電源拓?fù)?/span>

另外還有使用更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(雙端反激式轉(zhuǎn)換器方式、低電壓器件串聯(lián)等)而不使用1500V MOSFET的做法。但是，這些做法不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)難度，還會(huì)使部件數(shù)量增加。

如果使用特定導(dǎo)通電阻僅為1500V Si-MOSFET的1/2(參見(jiàn)圖2)的1700V SiC-MOSFET，則輔助電源的設(shè)計(jì)者們將能夠使用簡(jiǎn)單的單端反激式轉(zhuǎn)換器的拓?fù)洌瑥亩@得小巧的身材和良好的性能。ROHM擁有完全塑封的TO-3PFM封裝以及表面貼裝型封裝(TO-268-2L)技術(shù)，并提供適用于此類(lèi)應(yīng)用的高耐壓SiC-MOSFET。這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是分別可確保5mm和5.45m的爬電距離。

圖2. 特定導(dǎo)通電阻條件下的Si和SiC MOSFET性能比較

極具性價(jià)比且實(shí)現(xiàn)SiC單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制IC

采用了SiC-MOSFET的反激式轉(zhuǎn)換器的輔助電源解決方案，因采用了ROHM的控制IC而更具魅力和吸引力。這種控制IC的設(shè)計(jì)利用反激式轉(zhuǎn)換器安全可靠地驅(qū)動(dòng)SiC-MOSFET，而且不會(huì)因柵極驅(qū)動(dòng)器IC而變得復(fù)雜。

ROHM針對(duì)目前可入手的幾款SiC-MOSFET，開(kāi)發(fā)出特別滿足各元器件柵極驅(qū)動(dòng)所需條件的準(zhǔn)諧振AC/DC轉(zhuǎn)換器控制IC“BD768xFJ”并已實(shí)施量產(chǎn)。這款控制IC與ROHM的1700V耐壓SiC-MOSFET相結(jié)合，可以最大限度地發(fā)揮產(chǎn)品的效率與性能。BD768xFJ不僅可控制所有的反激式電路，還能夠以適當(dāng)?shù)臇艠O電壓驅(qū)動(dòng)SiC-MOSFET，從而保證最佳性能。此外，還可通過(guò)柵極箝位功能和過(guò)載保護(hù)功能來(lái)保護(hù)SiC-MOSFET。

BD768xFJ這款控制IC，采用小型SOP8-J8封裝，具備電流檢測(cè)用的外置分流電阻和過(guò)負(fù)載、輸入欠壓、輸出過(guò)電壓保護(hù)等保護(hù)功能以及軟啟動(dòng)等功能。搭載了準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)，以在全部工作范圍內(nèi)將EMI抑制在最低水平，并降低開(kāi)關(guān)損耗。另外，為了優(yōu)化在低負(fù)載范圍的工作，控制器還安裝了突發(fā)模式工作和降頻功能。

下圖中是采用了BD768xFJ控制IC和ROHM生產(chǎn)的1700V耐壓SiC-MOSFET的輔助電源的主要電路，簡(jiǎn)單而又高性能。

圖3. 使用了BD768xFJ控制IC和1700V耐壓SiC-MOSFET的輔助電源電路

使用了SiC-MOSFET的輔助電源的性能

ROHM為了便于對(duì)使用了SiC-MOSFET的簡(jiǎn)單輔助電源的性能進(jìn)行評(píng)估而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了評(píng)估板(參見(jiàn)圖4)。這款評(píng)估板為了在準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)AC/DC轉(zhuǎn)換器中驅(qū)動(dòng)1700V耐壓SiC-MOSFET“SCT2H12NZ”而使用了BD768xFJ-LB。準(zhǔn)諧振工作有助于將開(kāi)關(guān)損耗控制在最低并抑制EMI。電流檢測(cè)通過(guò)外置的電阻器進(jìn)行。另外，通過(guò)使用輕負(fù)載時(shí)的突發(fā)模式工作和降頻功能，還可實(shí)現(xiàn)節(jié)能化與高效化。

圖4. 使用了SiC-MOSFET的輔助電源單元用評(píng)估板

SiC-MOSFET的開(kāi)關(guān)波形如圖5所示。通過(guò)不同輸出負(fù)載的波形可以看出在接通SiC-MOSFET時(shí)諧振漏源電壓如何變化。采用準(zhǔn)諧振工作，可最大限度地降低開(kāi)關(guān)損耗和EMI。輕負(fù)載時(shí)(Pout = 5W時(shí)，左圖)的突發(fā)工作模式結(jié)束后，轉(zhuǎn)為準(zhǔn)諧振工作模式。通過(guò)跳過(guò)很多波谷來(lái)控制頻率。當(dāng)輸出負(fù)載増加(Pout = 20W時(shí)，中圖)時(shí)，波谷數(shù)量減少，頻率上升。當(dāng)接近規(guī)定的最大輸出負(fù)載(在這種情況下Pout = 40W，右圖)時(shí)，將只有一個(gè)波谷。此時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到最大值120kHz。