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ZY_Hust
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我使用 IMBF170R650M1 搭建了一台对称半桥拓扑的高压小功率DCDC样机。由于Id极小(仅30mA),在计算 IMBF170R650M1 的损耗时,只计入了Coss充放电引起的容性开通损耗。但是实验中发现,实际损耗值远大于根据数据手册得到的计算值。

请指导我计算实验工况下(100kHz,直流电压Vds=1000V,漏极电流Id=30mA,对称半桥拓扑)IMBF170R650M1的损耗。

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Daisy_T
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@ZY_Hust , 您好!

实际损耗与计算损耗差距大,有可能是电路中其他器件(比如变压器)的寄生电容通过Mos放电造成的。

另外,我们的规格书已经给出了Coss/Eoss的测试条件和数据,没有更详细的资料可以提供了。

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Daisy_T
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@ZY_Hust ,您好!

100KHz的频率,电流只有30mA,那么损耗应该主要是开通/关断过程的损耗。请根据驱动电路的情况计算turn on/off 时间,并计算这个过程的损耗。

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ZY_Hust
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感谢回复!

事实上,数据手册Fig.14中只给出了Id=1.5A时的测试结果,Id=30mA时的turn on/off时间应该略小于这一时间。

即便如此,考虑外部驱动电阻Rgon=44ohm、Rgoff=22ohm,根据Fig.14给出的测试数据,turn on/off时间各约为24+20=44ns和28+24=52ns,电压电流交截导致的单次开关损耗不超过0.5*1000V*30mA*(44ns+52ns)=1.44uJ。根据6.Test Conditions中Fig.A给出的开关时间定义,实际开关损耗不超过1uJ。

然而,根据Fig.9给出的Coss-Vds曲线,积分得到CossVdsd(Vds),即单次的容性开通损耗为7.72uJ。

对比两者,我们认为MOSFET主要的损耗为容性开通损耗,100kHz下总损耗约8uJ*100kHz*2只管子=1.6W。

但是空载实验测量的结果表明,MOSFET的损耗约为10W,远大于计算值。

请帮助我检查计算过程,如有纰漏尽情指出。

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Daisy_T
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@ZY_Hust , 您好!

驱动电路是什么样的?请提供一下。

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ZY_Hust
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感谢回复!

驱动芯片使用了Infenion 1ED3122MC12H米勒箝位型,如图1所示驱动芯片驱动芯片

 

 驱动电路如图2所示,肖特基二极管为Nexperia PMEG6002EJ,反向恢复时间5ns驱动电路驱动电路

 

管脚符号管脚符号

 

 

 

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Daisy_T
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@ZY_Hust , 您好!

计算没什么问题。我想知道的是,您既然做了测试,那么这个10W的结果是怎么测试的? 有没有同时测试一下这个管子的Vds,Id等波形,看看上升,下降时间是否与计算符合?

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ZY_Hust
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感谢回复!

事实上,如前所述,我们认为MOSFET的主要损耗为容性开通损耗,因此并未关注开关瞬态。

分析保留的波形结果,开通时Vds下降时间(90%-10%)约为16ns,关断时Vds上升时间(10%-90%)约为32ns。这一结果明显小于计算值,一方面是因为Id较小,另一方面是因为驱动电压为15V,大于数据手册中的12V。

开通瞬态开通瞬态

 

关断瞬态关断瞬态

 

由于 IMBF170R650M1 紧凑的引脚封装,以及过小的Id值,我们暂时没有合适的探头精确地测量Id。如果你能分享Infineon实验室的测量方案,我将不胜感激。

根据以上波形,显然电压电流交越导致的开关损耗较计算值将进一步减小。

 

损耗测试环境:对样机进行了空载实验,对于该DCDC变换器而言,空载损耗仅包括开关管的容性开通损耗和变压器铁损。实验时观察样机温度,确实只有开关管明显发热,变压器轻微温升。总损耗计算=输入功率测量值-输出功率测量值,室温24摄氏度。

100kHz下,计算容性开通损耗1.54W,计算变压器损耗0.53W,测得总损耗11.58W,开关管温度78.2°,铁芯温度27.5°。

80kHz下,计算容性开通损耗1.24W,计算变压器损耗0.62W,测得总损耗8.13W,开关管温度61.3°,铁芯温度28.2°。

50kHz下,计算容性开通损耗0.77W,计算变压器损耗0.88W,测得总损耗5.59W,开关管温度47.5°,铁芯温度30.7°。

分析测量结果,总损耗随着开关频率的降低按比例下降,说明容性开通损耗在总损耗中占主体,且远大于计算值。

 

希望你能分享Infineon实验室对Eoss相关的测量方案和测量结果,以及其他和容性开通损耗相关的案例供我参考,谢谢!

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Daisy_T
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@ZY_Hust , 您好!

实际损耗与计算损耗差距大,有可能是电路中其他器件(比如变压器)的寄生电容通过Mos放电造成的。

另外,我们的规格书已经给出了Coss/Eoss的测试条件和数据,没有更详细的资料可以提供了。

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