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用于反激变换器中BIMOSFET的相关性能

来源:    作者:    发布时间:2015-05-15 23:27:03    浏览量:

图3

5 驱动要求

a) 标准BIMOSFET

实验表明门极电阻和门极电压对损耗的影响很大。我们发现通常门极电阻小于30欧姆时,驱动波形会出现振荡;而当电阻大于50欧姆时又会增加导通损耗。因此IXBH9N160 BIMOSFET最佳工作条件是驱动电压为15V,门极电阻在30-50欧姆之间。为了获得全导通,15V的门极电压是必要的,这是因为6V的门槛电压和MOSFET比较来看相对比较高。

b) G型BIMOSFET

G型BIMOSFET的门槛电压通常为4V左右,略低于标准型。因此门极驱动电压可以为10V。BIMOSFET在反激变换器中可以区带1000V的MOSFET。由于其阻断电压高达1400/1600V,因此可以减小甚至省略吸收电容。不过驱动电压至少应该为15V,从而减小开通损耗。

G型表示时末尾字母是G,目前第一批生产的器件是IXBF9N140G和IXBF9N160G。

6 静态特性

通过对比输出曲线,我们可以看到MOSFET的线性特性(图4a)和BIMO电感公式SFET的双极性(图4b)。

图4a告诉我们,当驱动电压仅为6V时,MOSFET可以流过2A的电流。对比图4b中BIMOSFET的输出特性,我们看到当驱动电压为7V时,没有电流流过。这就是BIMOSFET最大的区别。当电流低于5A时,我们至少需要11V的驱动电压来开通它。在电流峰值比较高的场合,我们需要15V的驱动电压。导通时的损耗也不尽相同。驱动电压15V大电流电感,流过的电流为2A时,MOSFET有18V的压降,而BIMOSFET只有4V的压降,这就减小了4.5倍的损耗。此外BIMOSFET的电流定额也比较高,普通MOSFET只能流过3A,而BIMOSFET可以达到10A以上。

图四 输出特性

7电感器生产 开关特性

为了量化MOSFET和BIMOSFET的性能,我们作了一系列的对比试验。图5a和图5b给出了一个完整开关周期的波形,并对损耗进行了计算。同时还测量了漏极电流,漏极电压,和门极电压。功率耗散和全部的能量也通过这些数据计算出来。

测试装置是一个双脉冲测试器,当MOSFET导通时,续流二极管依旧开通。因此开通的波形会受到二极管反向恢复的一点影响。但由于二极管对MOSFET和BIMOSFET的影响是一样的,所以二者仍然可以比较。

图五 开关波形

条件如下所示:

关断电流幅值=4A

电压=800V

门极驱动=15V,40欧姆

结温=125摄氏度

t0到t1是导通状态的结束。在这个状态结束时,我们可以看到能量曲线有所上升(实线所示),这是由MOSFET导通时比较高的损耗造成的。

下个阶段(t1到t2)是关断状态。虚线所示两者基本没有什么区被,BIMOSFET略微少一点。

关断结束后(t2到t3),BIMOSFET不存在拖尾电流。能量曲线有轻微上升,因为我们得到的结果和MOSFET相同,而MOSFET是没有拖尾电流的,所以关断状态时的测量可能会存在一点误差。

下个阶段是开通阶段,从t3到t4。我们可以看到开通时会产生比较大的损耗。上面的实线表示电流的尖峰,这是由二极管的换向造成的。MOSFET的开通时间要长于BIMOSFET。MOSFET的峰值功率为250nS,4KW;而BIMOSFET的峰值功率为130nS,5KW。MOSFET的总开关损耗大约为0.5mJ,而BIMOSFET仅为0.4mJ,大约减小了20%。

最后的500nS,从t4到t5,是导通状态的开始阶段。MOSFET的能量曲线由于较高的通态电阻而有所上升。BIMOSFET的曲线比较平缓,因为它的饱和压降比较低。

8 结语

BIMOSFET的优点首先在于它的低开通损耗,其次是它的导通损耗也比较低。到功率电感器t5时刻,每个周期的总能量消耗,MOSFET为0.95mJ,而BIMOSFET仅为0.62mJ。BIMOSFET的总损耗大约减小了35%。

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