反向恢复时间trr的影响

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。

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。

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

trr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

trr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。

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