逆變器電路的優化

本文的關鍵要點

在選擇逆變器電路中的開關器件時，要選擇trr小的產品，這一點很重要。

如果逆變器電路中的開關器件的trr大，則開關損耗會增加。

如果逆變器電路中的開關器件是MOSFET，請仔細確認內部二極管的trr特性。

01反向恢復時間trr對逆變器電路的影響

在逆變器電路中，開關器件的反向恢復時間trr(Reverse recovery time)特性對損耗的影響很大。在這里，我們將使用“ROHM Solution Simulator”的“Power Device Solution Circuit”進行仿真，以確認trr對逆變器電路的影響。

02仿真所用的逆變器電路

作為示例，我們使用上一篇文章中給出的Power Device Solution Circuit一覽表中的逆變器電路“B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW”(圖1)。更改該逆變器電路的開關器件(黃色框)并進行仿真，以確認trr的影響。

圖1：Power Device Solution Circuit逆變器電路B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW

03trr特性在逆變器電路中的重要性

圖2顯示了圖1的逆變器電路中開關時的電流路徑。

在逆變器電路中，為了調整供給的功率，通過PWM和PFM等的控制，使High side(高邊)和Low side(低邊)的器件交替ON/OFF。圖2中的①～⑤表示其工作過程，并反復進行該工作過程。

著眼點在于從④到⑤的工作中，由于反向恢復電流在High side從OFF變為ON的時間點流過Low side的內部二極管，因此，直通電流會從High side流向Low side(紅色所示)。

圖2：開關時的電流路徑

該反向恢復電流對續流側器件(Low side)本身的損耗影響很小，但如圖3所示，對于開關側器件(High side)，由于在VDS變化之前這種反向恢復電流會疊加在正常的開關電流中，從而會造成非常大的導通損耗。因此，在逆變器電路中，要選擇trr小的開關器件，這一點很重要。

圖3：開關側器件(High side)的導通波形示例以及trr的大小與開關損耗之間的關系

04trr特性差異帶來的開關損耗比較

圖4是在圖1的逆變器電路中，使用面向普通開關應用的超級結MOSFET R6047KNZ4作為開關器件時，以及使用以內置二極管的高速trr著稱的PrestoMOS R6050JNZ4時(圖1的黃色框)的開關損耗和開關波形仿真結果。

圖4：不同trr特性的開關器件的開關損耗和波形比較(仿真)

如仿真波形所示，由于trr特性的差異，導通損耗存在顯著差異。與R6047KNZ4相比，內部二極管具有高速trr特性的R6050JNZ4的導通損耗降低至約1/5。順便提一下，R6047KNZ4的內部二極管的trr為700ns(Typ.)，R6050JNZ4為120ns(Typ.)，不到1/5。

此外，在分析整個逆變器電路工作期間開關器件(MOSFET)的損耗時，如圖5所示，可以看出trr對損耗具有很大影響。

圖5：普通開關MOSFET和高速trr MOSFET的損耗分析

根據該結果，可以說在選擇逆變器電路中的開關器件時，要選擇內部二極管具有高速trr的產品，這一點很重要。

原文標題：R課堂 | 反向恢復時間trr的影響

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審核編輯：湯梓紅