电源设计说明：面向高性能应用的新型SiC和GaN FET器件分析
在本文中，我们分析了一些碳化硅和氮化镓 fet器件的静态和动态行为。公司正在将精力集中在这些类型的组件上，这些组件允许创建高效转换器和逆变器。本文是上一篇文章的后续，可以在这里找到。
unitedsic的uj4sc075006k4s sic fet mosfet 和 transphorm的tp65h150g4ps gan fet mosfet 用于仿真
我们将在接下来的测试和模拟中使用一些新一代 sic 和gan fet 器件，它们结合了新技术的许多优点。
它们可以总结如下：
在高温下表现出色
低输入容量
低 r ds(on)
出色的反向回收率
存在用于消除额外电压的二极管
esd保护
用于快速切换和更清洁波的特殊封装
正在检查的设备，如图 1 所示，是：
unitedsic 的 uj4sc075006k4s sic fet mosfet
transphorm 的 tp65h150g4ps gan fet mosfet
图 1：使用的两个 mosfet sic 和 gan fet 器件是 unitedsic 的 uj4sc075006k4s 和 transphorm 的 tp65h150g4ps。
第一款 uj4sc075006k4s 器件功能非常强大，导通电阻 (r ds(on) ) 仅为 6 mω 和 750 v，是 unitedsic 九件套 sic fet mosfet 系列的一部分。该组件基于“级联”电路的独特配置。带 r ds(on)不到竞争对手的一半，该器件的短路耐受时间为 5 µs。样品采用 to-247-4l 封装，具有四个引脚，部分采用 to-247-3l 封装，具有三个引脚。共源共栅技术提供了宽带范围技术的优势，例如高速、高温运行时的低损耗、出色的稳定性以及集成 esd 保护的鲁棒性。对于开关应用，集成二极管比竞争技术快得多。其应用包括电动汽车的驱动和牵引、车载和非车载充电器、单向和双向电源转换器、可再生能源逆变器以及所有类型的转换器。第二个 tp65h150g4ps 器件是一个 650-v、150-mω gan 样品，是一个常关元件。它将高压 gan hemt 技术与硅 mosfet 的低压技术相结合，提供高度可靠的运行和卓越的性能。两种功率器件最重要的特性如下表所示。
静态状态下的效率和 r ds(on)
以下仿真用于评估和检查电源电路在静态状态下的效率值，并验证器件开启时漏源通道的电阻。图 2 中的图表显示了处于开启状态的两个正在检查的器件，后者在栅极上用 20 v 的直流电压固定。对于 50-ω 负载，系统电源为 500 v。下表显示了测量数据：
两个组件的 r ds(on)的计算是在器件开启状态期间通过执行以下等式进行的：
效率计算也非常简单，用于评估系统中有利可图的能源使用量，以及在未使用热量中损失的差异：
图2：两种器件在静态模式下的通态工作原理图
动态状态下的效率和功率损耗
动态机制是最重要的，因为在这里对组件进行了测试。由于 emi、功率损耗、连接的任何感应负载以及组件本身的切换，系统会承受很大的压力。图 3 显示了 pwm 电源的一般示例，在这种情况下，其频率约为 500 khz。pwm 信号的产生是通过两个单片 p 和 n 沟道 mosfet 进行的。通过具有以下特征的铁氧体磁珠来降低某些类型的噪声：
电感：0.38 µh
串联电阻：0.371ω
并联电阻：1,600 ω
并联电容：0.78 pf
到 100 mhz 的阻抗：266.5 ω
最大限度。阻抗：1,598.1 ω
最大频率 阻抗：292兆赫
图 3：动态状态下两种器件的工作原理图
技术正在与停电作斗争（图 4）。组件的非理想特性在开关时刻精确地增加了它们的耗散功率。
组件的输入和输出容量，以及它的 r ds(on)和其他元素的存在，都会导致功率损耗，幸运的是，功率损耗每天都在改善。
以下是两个设备运行所达到的效率：
碳化硅场效应管效率：98.24%
gan fet效率：99.02%
这些都是极高的效率，允许积极使用几乎所有的能量，同时保持 mosfet 的低工作温度。
事实上，导通状态下的 v ds 值非常低，电子开关的表现几乎完美。
图 4：两种设备的功率损耗
仅当使用的两个组件的相关 spice 库可用、可从 internet 下载并包含以下标头时，才能进行仿真：
.subckt uj4sc075006k4s nd ng ns nss
和
.subckt tp65h150g4lsg 301 302 303
结论
设计人员应牢记，使用功率器件进行的电子仿真可能与实际情况大相径庭，尤其是在系统包含电感和电容元件的情况下。
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它们可以总结如下：
在高温下表现出色
低输入容量
低 r ds(on)
出色的反向回收率
存在用于消除额外电压的二极管
esd保护
用于快速切换和更清洁波的特殊封装
正在检查的设备，如图 1 所示，是：
unitedsic 的 uj4sc075006k4s sic fet mosfet
transphorm 的 tp65h150g4ps gan fet mosfet
图 1：使用的两个 mosfet sic 和 gan fet 器件是 unitedsic 的 uj4sc075006k4s 和 transphorm 的 tp65h150g4ps。
第一款 uj4sc075006k4s 器件功能非常强大，导通电阻 (r ds(on) ) 仅为 6 mω 和 750 v，是 unitedsic 九件套 sic fet mosfet 系列的一部分。该组件基于“级联”电路的独特配置。带 r ds(on)不到竞争对手的一半，该器件的短路耐受时间为 5 µs。样品采用 to-247-4l 封装，具有四个引脚，部分采用 to-247-3l 封装，具有三个引脚。共源共栅技术提供了宽带范围技术的优势，例如高速、高温运行时的低损耗、出色的稳定性以及集成 esd 保护的鲁棒性。对于开关应用，集成二极管比竞争技术快得多。其应用包括电动汽车的驱动和牵引、车载和非车载充电器、单向和双向电源转换器、可再生能源逆变器以及所有类型的转换器。第二个 tp65h150g4ps 器件是一个 650-v、150-mω gan 样品，是一个常关元件。它将高压 gan hemt 技术与硅 mosfet 的低压技术相结合，提供高度可靠的运行和卓越的性能。两种功率器件最重要的特性如下表所示。
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两个组件的 r ds(on)的计算是在器件开启状态期间通过执行以下等式进行的：
效率计算也非常简单，用于评估系统中有利可图的能源使用量，以及在未使用热量中损失的差异：
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电感：0.38 µh
串联电阻：0.371ω
并联电阻：1,600 ω
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到 100 mhz 的阻抗：266.5 ω
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gan fet效率：99.02%
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和
.subckt tp65h150g4lsg 301 302 303
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