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我使用IMBF170R650M1搭建了一台對稱半橋拓樸的高壓小功率DCDC樣機。由於Id極小(僅30mA),在計算IMBF170R650M1的損耗時,只計入了Coss充放電所造成的容性開通損耗。但實驗中發現,實際損耗值遠大於根據數據手冊得到的計算值。

請指導我計算實驗工況下(100kHz,直流電壓Vds=1000V,漏極電流Id=30mA,對稱半橋拓樸)IMBF170R650M1的損耗。

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/td-p/732184

1 解決方案
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@ZY_Hust , 您好!

實際損耗與計算損耗差距大,有可能是電路中其他裝置(如變壓器)的寄生電容透過Mos放電造成的。

另外,我們的規格書已經給了Coss/Eoss的測試條件和數據,沒有更詳細的資料可以提供了。

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/737865

在原始文章中檢視解決方案

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@ZY_Hust ,您好!

100KHz的頻率,電流只有30mA,那麼損耗應該主要是開通/關斷過程的損耗。請根據驅動電路的狀況計算turn on/off 時間,並計算這個過程的損耗。

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/732193

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感谢回复!

事實上,數據手冊Fig.14中只給出了Id=1.5A時的測試結果,Id=30mA時的turn on/off時間應該略小於這一時間。

即便如此,考慮外部驅動電阻Rgon=44ohm、Rgoff=22ohm,根據Fig.14給出的測試數據,turn on/off時間各約為24+20=44ns和28+24=52ns,電壓電流交截導致的單次開關損耗不超過0.5*1000V*30mA*(44ns+52ns)=1.44uJ。根據6.Test Conditions中Fig.A給出的開關時間定義,實際開關損耗不超過1uJ。

然而,根據Fig.9給出的Coss-Vds曲線,積分得到CossVds d (Vds),即單次的容性開通損耗為7.72uJ。

比較兩者,我們認為MOSFET主要的損耗為容性開通損耗,100kHz下總損耗約8uJ*100kHz*2隻管子=1.6W。

但是空載實驗測量的結果表明,MOSFET的損耗約為10W,遠大於計算值。

請幫我檢查計算過程,如有紕漏盡情指出。

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/732222

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@ZY_Hust , 您好!

驅動電路是什麼樣的?請提供一下。

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/732269

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感谢回复!

驅動晶片使用了Infenion 1ED3122MC12H米勒箝位型,如圖1所示驱动芯片驱动芯片驅動晶片

 

驅動電路如圖2所示,蕭特基二極體為Nexperia PMEG6002EJ ,反向恢復時間5ns 驱动电路驱动电路驅動電路

 

管脚符号管脚符号腳位符號

 

 

 

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/732391

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@ZY_Hust , 您好!

計算沒什麼問題。我想知道的是,您既然做了測試,那麼這個10W的結果是怎麼測試的?有沒有同時測試一下這個管子的Vds,Id等波形,看看上升,下降時間是否與計算符合?

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/733737

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感谢回复!

事實上,如前所述,我們認為MOSFET的主要損耗為容性開通損耗,因此並未關注開關瞬態。

分析保留的波形結果,開通時Vds下降時間(90 %-10% )約為16ns,關斷時Vds上升時間(10 %-90% )約為32ns。這結果明顯小於計算值,一方面是因為Id較小,另一方面是因為驅動電壓為15V,大於資料手冊中的12V。

开通瞬态开通瞬态開通瞬態

 

关断瞬态关断瞬态關斷瞬態

 

由於IMBF170R650M1緊湊的引腳封裝,以及過小的Id值,我們暫時沒有合適的探頭精確地測量Id。如果你能分享Infineon實驗室的測量方案,我將不勝感激。

根據以上波形,顯然電壓電流交越導致的開關損耗較計算值將進一步減少。

 

損耗測試環境:對樣機進行了空載實驗,對於此DCDC變換器而言,空載損耗僅包括開關管的容性開通損耗和變壓器鐵損。實驗時觀察樣機溫度,確實只有開關管明顯發熱,變壓器輕微溫升。總損耗計算=輸入功率測量值-輸出功率測量值,室溫24攝氏度。

100kHz下,計算容性開通損耗1.54W,計算變壓器損耗0.53W,測得總損耗11.58W,開關管溫度78.2°,鐵芯溫度27.5°。

80kHz下,計算容性開通損耗1.24W,計算變壓器損耗0.62W,測得總損耗8.13W,開關管溫度61.3°,鐵芯溫度28.2°。

50kHz下,計算容性開通損耗0.77W,計算變壓器損耗0.88W,測得總損耗5.59W,開關管溫度47.5°,鐵芯溫度30.7°。

分析測量結果,總損耗隨著開關頻率的降低而依比例下降,說明容性開通損耗在總損耗中佔主體,且遠大於計算值。

 

希望你能分享Infineon實驗室對Eoss相關的測量方案和測量結果,以及其他和容性開通損耗相關的案例供我參考,謝謝!

smartconx_target@Q!w2e3r4t5y6u7i8o9p0||/t5/MOSFET-Si-SiC/IMBF170R650M1%E7%9A%84%E7%A9%BA%E8%BD%BD%E6%8D%9F%E8%80%97%E6%B5%8B%E8%AF%95/m-p/733796

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@ZY_Hust , 您好!

實際損耗與計算損耗差距大,有可能是電路中其他裝置(如變壓器)的寄生電容透過Mos放電造成的。

另外,我們的規格書已經給了Coss/Eoss的測試條件和數據,沒有更詳細的資料可以提供了。

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