碳化硅MOSFET的開關(guān)尖峰問題與TVS保護(hù)方案
在電力電子領(lǐng)域,碳化硅(SiC)MOSFET因其高效率、高頻率和高溫性能而備受青睞。然而,即使性能卓越,SiC MOSFET在開關(guān)過程中也可能面臨電壓尖峰的問題。本文將從專業(yè)硬件工程師的角度,探討SiC MOSFET的開關(guān)尖峰問題,并介紹使用瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)進(jìn)行保護(hù)的優(yōu)勢(shì)和上海雷卯電子提供的解決方案。
1. SiC MOSFET開關(guān)過程中的電壓尖峰
SiC MOSFET在快速開關(guān)時(shí),由于其內(nèi)部寄生電容和電路寄生電感的作用,會(huì)在器件兩端產(chǎn)生電壓尖峰。這些尖峰可能遠(yuǎn)超過SiC MOSFET的最大額定電壓,導(dǎo)致器件損壞或性能下降。
l 寄生電容充放電:SiC MOSFET內(nèi)部的寄生電容在開關(guān)過程中快速充放電,產(chǎn)生電壓尖峰。
l 電路寄生電感:電路布線和元件的寄生電感在電流變化時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,加劇尖峰問題。
l 開關(guān)速度: SiC MOSFET的高開關(guān)速度雖然提高了效率,但也增加了電壓尖峰的風(fēng)險(xiǎn)。
2. 使用TVS進(jìn)行保護(hù)的優(yōu)勢(shì)
針對(duì)SiC MOSFET的電壓尖峰問題,使用TVS二極管進(jìn)行保護(hù)是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案:
第一 快速響應(yīng):TVS二極管能夠以皮秒級(jí)速度響應(yīng)電壓尖峰,迅速將能量導(dǎo)向地線。
第二 保護(hù)范圍廣:TVS二極管適用于多種電壓等級(jí),可以為SiC MOSFET提供全面的保護(hù)。
第三 成本效益:相比提高SiC MOSFET的耐壓值,使用TVS二極管的成本更低,且易于集成。
3.上海雷卯電子的解決方案
上海雷卯電子作為專業(yè)的電子元件供應(yīng)商,提供了針對(duì)SiC MOSFET開關(guān)尖峰電壓的保護(hù)方案和器件。我們的產(chǎn)品線包括多種型號(hào)的TVS二極管,專為高效率、高頻率的SiC MOSFET應(yīng)用設(shè)計(jì)。SiC MOSFET與TVS保護(hù)電路如下:
上圖展示了一個(gè)典型的SiC MOSFET與TVS保護(hù)電路。在這個(gè)電路中,TVS二極管并聯(lián)在SiC MOSFET的漏極和源極之間,當(dāng)電壓尖峰產(chǎn)生時(shí),TVS迅速導(dǎo)通,吸收尖峰能量,保護(hù)SiC MOSFET免受損害。
TVS 具體選擇型號(hào)根據(jù)SIC MOS Vdss 電壓來確定:SIC MOS Vdss 大多600V 以上,以下列表TVS型號(hào)需用兩顆串聯(lián)使用,具體方案選型可咨詢有豐富經(jīng)驗(yàn)的上海雷卯EMC小哥。
在此列出上海雷卯可以供應(yīng)的部分 SIC MOS 產(chǎn)品
4保護(hù)案例
案例一:
在某新能源汽車的電源管理系統(tǒng)中,采用了 SiC MOSFET 作為功率開關(guān)器件,同時(shí)配合高性能的 TVS 二極管進(jìn)行過壓保護(hù)。通過精確的電路設(shè)計(jì)和參數(shù)匹配,有效地提升了系統(tǒng)的效率和可靠性。在車輛頻繁的啟動(dòng)、加速和充電過程中,成功地避免了因瞬態(tài)過壓而導(dǎo)致的器件損壞,保障了車輛電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
案例二:
在某工業(yè)變頻器中,使用 SiC MOSFET 實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換,并在關(guān)鍵位置配置了 TVS 保護(hù)器件。特別是在電機(jī)的啟停和負(fù)載突變的情況下,TVS 能夠迅速吸收過高的電壓尖峰,保護(hù) SiC MOSFET 不受損壞。這一方案顯著提高了變頻器的穩(wěn)定性和使用壽命,降低了維護(hù)成本。
案例三:
在某通信****的電源模塊中,采用先進(jìn)的 SiC MOSFET 技術(shù),并結(jié)合精心選擇的 TVS 二極管來應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中的浪涌和瞬態(tài)電壓。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試,該方案有效地保護(hù)了電源模塊免受惡劣電網(wǎng)環(huán)境的影響,確保了通信****的持續(xù)穩(wěn)定工作,提高了通信服務(wù)的質(zhì)量。
這些案例表明,合理選擇和應(yīng)用 SiC MOSFET 與 TVS 保護(hù)方案可以在不同的電子系統(tǒng)中取得顯著的效果,提升系統(tǒng)的性能和可靠性。
5. 結(jié)論
SiC MOSFET雖然性能優(yōu)越,但在開關(guān)過程中的電壓尖峰問題不容忽視。通過并聯(lián)TVS二極管進(jìn)行保護(hù),不僅可以確保SiC MOSFET的工作正常,而且相比提高耐壓值,具有更高的性價(jià)比。上海雷卯電子提供的保護(hù)方案和器件,為SiC MOSFET的應(yīng)用提供了可靠的保障。
請(qǐng)注意,以上內(nèi)容為示例性質(zhì),實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的電路參數(shù)和應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。同時(shí),文中提到的上海雷卯電子及其產(chǎn)品僅為示例,用于說明保護(hù)方案的可行性。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)選擇經(jīng)過驗(yàn)證的可靠供應(yīng)商和產(chǎn)品。
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