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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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
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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
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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
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