逆变器电路的优化设计

逆变器电路的优化

本文的关键要点

在选择逆变器电路中的开关器件时，要选择trr小的产品，这一点很重要。

如果逆变器电路中的开关器件的trr大，则开关损耗会增加。

如果逆变器电路中的开关器件是MOSFET，请仔细确认内部二极管的trr特性。

01反向恢复时间trr对逆变器电路的影响

在逆变器电路中，开关器件的反向恢复时间trr(Reverse recovery time)特性对损耗的影响很大。在这里，我们将使用“ROHM Solution Simulator”的“Power Device Solution Circuit”进行仿真，以确认trr对逆变器电路的影响。

02仿真所用的逆变器电路

作为示例，我们使用上一篇文章中给出的Power Device Solution Circuit一览表中的逆变器电路“B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW”(图1)。更改该逆变器电路的开关器件(黄色框)并进行仿真，以确认trr的影响。

图1：Power Device Solution Circuit逆变器电路B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW

03trr特性在逆变器电路中的重要性

图2显示了图1的逆变器电路中开关时的电流路径。

在逆变器电路中，为了调整供给的功率，通过PWM和PFM等的控制，使High side(高边)和Low side(低边)的器件交替ON/OFF。图2中的①～⑤表示其工作过程，并反复进行该工作过程。

着眼点在于从④到⑤的工作中，由于反向恢复电流在High side从OFF变为ON的时间点流过Low side的内部二极管，因此，直通电流会从High side流向Low side(红色所示)。

图2：开关时的电流路径

该反向恢复电流对续流侧器件(Low side)本身的损耗影响很小，但如图3所示，对于开关侧器件(High side)，由于在VDS变化之前这种反向恢复电流会叠加在正常的开关电流中，从而会造成非常大的导通损耗。因此，在逆变器电路中，要选择trr小的开关器件，这一点很重要。

图3：开关侧器件(High side)的导通波形示例以及trr的大小与开关损耗之间的关系

04trr特性差异带来的开关损耗比较

图4是在图1的逆变器电路中，使用面向普通开关应用的超级结MOSFET R6047KNZ4作为开关器件时，以及使用以内置二极管的高速trr著称的PrestoMOS R6050JNZ4时(图1的黄色框)的开关损耗和开关波形仿真结果。

图4：不同trr特性的开关器件的开关损耗和波形比较(仿真)

如仿真波形所示，由于trr特性的差异，导通损耗存在显著差异。与R6047KNZ4相比，内部二极管具有高速trr特性的R6050JNZ4的导通损耗降低至约1/5。顺便提一下，R6047KNZ4的内部二极管的trr为700ns(Typ.)，R6050JNZ4为120ns(Typ.)，不到1/5。

此外，在分析整个逆变器电路工作期间开关器件(MOSFET)的损耗时，如图5所示，可以看出trr对损耗具有很大影响。

图5：普通开关MOSFET和高速trr MOSFET的损耗分析

根据该结果，可以说在选择逆变器电路中的开关器件时，要选择内部二极管具有高速trr的产品，这一点很重要。

原文标题：R课堂 | 反向恢复时间trr的影响

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审核编辑：汤梓红