(AC/DC) 专为SiC-MOSFET优化

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本文将从设计角度首先对在设计中使用的电源IC进行介绍。如“前言”中所述，本文中会涉及“准谐振转换器”的设计和功率晶体管使用“SiC-MOSFET”这两个新课题。因此，设计中所使用的电源IC，是可将SiC-MOSFET用作开关的准谐振转换器IC。
在使用电源IC的设计中，要使用SiC-MOSFET需要专用的电源IC
设计中使用的电源IC是ROHM的“BD7682FJ-LB”这款IC。BD7682FJ-LB是AC/DC转换器用的准谐振控制器，是全球首款*专为驱动SiC-MOSFET而优化的IC。（*截至2015/3/25的数据）
您可能已经注意到，开关要使用SiC-MOSFET时，需要为将SiC-MOSFET用作开关而专门设计的电源用IC。这意味着SiC-MOSFET的栅极驱动与Si-MOSFET是不同的。您可能马上会问“有什么不同呢？”，在介绍电源IC之前，先来了解一下SiC-MOSFET与Si-MOSFET的栅极驱动的不同之处。
主要的不同点是SiC-MOSFET在驱动时的VGS稍高，内部栅极电阻较高，因此外置栅极电阻Rg需要采用小阻值。Rg是外置电阻，属于电路设计的范畴。但是，栅极驱动电压绝大多数情况下都取决于IC的规格，因此虽然不是没有方法，但选用专为SiC-MOSFET用而优化的电源IC应该是上策。
具体一点来讲，在规格方面，一般的IGBT或Si-MOSFET的驱动电压为VGS＝10V～15V，电源IC以“AC/DC PWM方式反激式转换器设计手法”篇中使用的AC/DC转换器用PWM控制器IC：BM1P061FJ为例，其栅极驱动电压（OUT引脚H电压）为10.5V（min）～14.5V（max），typ为12.5V。
对此，SiC-MOSFET的VGS为20V以上，并逐渐饱和，因此一般建议使用VGS＝18V左右进行驱动。此次使用的BD7682FJ-LB的栅极驱动电压（OUT引脚钳位电压）为16.0V（min）～20.0（max），typ为18.0V。
下图是BM1P061FJ的设计过程中使用的N-ch 800V 5A的Si-MOSFET：R8005ANX（左）和此次使用的N-ch 1700V 3.7A的SiC-MOSFET：SCT2H12NZ（右）的导通电阻与VGS特性比较图。从比较图中可以看出，上述IC的栅极驱动电压在每种MOSFET将要饱和前变为VGS。


由于该比较不是在同等规格和条件下的比较，因此请当做用来理解上述VGS之不同的资料使用。
设计中所使用的电源IC：SiC-MOSFET驱动用AC/DC转换器控制IC：BD7682FJ-LB
通过前面的说明，相信您已经理解了BD7682FJ-LB作为SiC-MOSFET用IC最重要的关键点，接下来介绍其概要和特点。
＜特点＞

• 小型8引脚SOP-J8封装
  
• 低EMI准谐振方式
  
• 降频功能
  
• 待机时消耗电流低：19uA
  
• 无负载时消耗电流低（轻负载时采用猝发模式工作）
  
• 最高频率（120kHz）
  
• CS引脚Leading-Edge Blanking（前沿消隐）
  
• VCC的UVLO保护和OVP保护
  
• 逐周期过流保护电路
  
• 软启动
  
• ZT触发器屏蔽功能及OVP保护
  
• 输入欠压保护功能（掉电）
  
• SiC-MOSFET用栅极钳位电路
  

＜重要特性＞

• 工作电源电压范围（VCC）：15.0V～27.5V
  
• 正常工作电流： 0.80mA（typ.）
  
• 猝发模式时工作电流： 0.50mA（typ.）
  
• 最高振荡频率： 120kHz（typ.）
  
• 工作温度范围： -40℃～105℃
  

      

主要的特点是SiC-MOSFET适用和准谐振方式。准谐振方式利用软开关工作，与PWM方式相比，具有低噪声、高效率、可降低EMI的优点。
  另外，还内置多种保护功能，在690VAC这样的高电压条件下也可工作，可支持广泛的工业设备应用。其中包括电源电压引脚的过压保护、输入电压引脚Brown-In / Brown-Out（低电压输入动作禁止功能）、过流保护、二次侧电压过压保护等。


          
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在高耐压应用中，与Si-MOSFET相比，SiC-MOSFET具有开关损耗及传导损耗少、温度带来的特性波动小的优点。这些优点有利于解决近年来的重要课题–节能化和小型化，比如有助于提高功率        转换效率，可实现散热器的小型化，可高频工作从而实现变压器和电容器的小型化等。
        右图是在AC/DC转换器中SiC-MOSFET与Si-MOSFET的效率比较。如图所示，预计可实现高达6%的效率提升。
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另外，除此次使用的BD7682FJ-LB之外，根据FB引脚过载保护、VCC引脚过压保护功能，还有另外3种不同机型。
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下一篇文章将对准谐振方式进行介绍。

关键要点:

・在使用电源IC的设计中，要使用SiC-MOSFET需要专用的电源IC。
・SiC-MOSFET和Si-MOSFET的栅极驱动电压VGS不同。
・设计中使用了SiC-MOSFET驱动用AC/DC转换器控制IC：BD7682FJ-LB。