ROHM為了便于對使用了SiC-MOSFET的簡單輔助電源的性能進(jìn)行評估而專門開發(fā)了評估板(參見圖4)。這款評估板為了在準(zhǔn)諧振開關(guān)AC/DC轉(zhuǎn)換器中驅(qū)動1700V耐壓SiC-MOSFET“SCT2H12NZ”而使用了BD768xFJ-LB。準(zhǔn)諧振工作有助于將開關(guān)損耗控制在最低并抑制EMI。電流檢測通過外置的電阻器進(jìn)行。另外，通過使用輕負(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估板

SiC-MOSFET的開關(guān)波形如圖5所示。通過不同輸出負(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。通過跳過很多波谷來控制頻率。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)，開關(guān)頻率達(dá)到最大值120kHz。

另外，為了延長一次側(cè)的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，可以稍微降低開關(guān)頻率并提高輸出功率的要求。這樣，一次側(cè)電流峰值增加，傳輸?shù)哪芰恳苍黾?Pout = 40W時(shí))。當(dāng)超過最大輸出功率時(shí)，過電流保護(hù)功能工作并阻止開關(guān)動作，以防止系統(tǒng)過熱。

圖5. 準(zhǔn)諧振工作時(shí)的SiC-MOSFET開關(guān)波形 
 

首先，評估板因有兩個(gè)工作點(diǎn)而以電流不連續(xù)模式(DCM)工作。然后，在最后一個(gè)工作點(diǎn)(40W)時(shí)正好達(dá)到電流臨界模式(BCM)。根據(jù)不同的輸入電壓，DCM和BCM在不同的輸出功率進(jìn)行切換。

圖6左側(cè)是對于不同的輸入電壓，在最大40W的負(fù)載范圍輸出12V電壓時(shí)的效率。如圖6右側(cè)所示，通過測量可知SiC-MOSFET的外殼溫度保持在90℃以下。SiC-MOSFET的最大容許結(jié)溫為175℃。芯片-外殼間的熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外殼-環(huán)境間的熱阻，因此只要是結(jié)溫低于上限值的外殼即可以說是安全的。這表明該評估板即使在高達(dá)40W的輸出功率條件下，無需散熱器也可工作。另外，如果對SiC-MOSFET增加散熱器來冷卻輸出整流二極管，則可以實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率。

圖6. 使用了SiC-MOSFET的輔助電源單元評估

這里給出的是各DC輸入電壓的測量值，利用400 / 480V的三相AC電源也可運(yùn)行評估板。PCB上安裝了整流所需的二極管電橋。

利用SiC-MOSFET技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)小型化并提高系統(tǒng)效率、可靠性及簡潔性

在需要幾十瓦的簡單且性價(jià)比高的三相輸入用單端反激式解決方案和超過400V的DC輸入電壓條件下，Si-MOSFET并不適用。因?yàn)榇箅妷篠i功率MOSFET的性能較低。另外，使用雙端反激式或堆疊式MOSFET等設(shè)計(jì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輔助電源，是非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。這部分精力應(yīng)該用在主電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。

利用1700V SiC-MOSFET的優(yōu)異性能和BD768xFJ控制IC，不僅能夠設(shè)計(jì)三相系統(tǒng)用或高DC輸入電壓用的簡單輔助電源，而且還可以發(fā)揮出卓越的性能。 利用基于SiC-MOSFET的技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可提高產(chǎn)品的效率、簡潔性、可靠性并實(shí)現(xiàn)小型化。1700V SiC-MOSFET在性能方面的優(yōu)勢可以與使用了Si-MOSFET的解決方案系統(tǒng)的成本相匹敵，比如可削減散熱器、線圈等昂貴部件的成本。經(jīng)過優(yōu)化的控制IC可安全地驅(qū)動SiC-MOSFET，是能夠減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)并將系統(tǒng)產(chǎn)品投入市場的周期最短化的極具突破性的解決方案。