使用在線計算器FET-Jet Calculator的簡單示例

碳化硅電子元件是最苛刻的工業(yè)、家用、汽車電源開關操作的流行解決方案。實現(xiàn)此類電路需要設計人員遵循精確的計算線和數(shù)學公式，這就是 UnitedSiC 推出 FET-Jet Calculator 的原因，這是一個簡單的在線工具，允許選擇和比較不同電源應用的性能。對于想要做出最佳選擇的設計師來說，這確實是一種寶貴的工具。

計算機

要使用 UnitedSiC 創(chuàng)建的電力系統(tǒng)計算工具，只需單擊圖 1所示網(wǎng)頁中的鏈接https://info.unitedsic.com/fet-jet。讓我們來看看它的一些值得注意的特性：

• 輕松評估各種基于功率的應用中的全系列 UnitedSiC FET 和二極管；
• AC-DC：PFC升壓、PFC圖騰、維也納整流；帶2級電壓源的逆變器；
• DC-DC（非隔離）：降壓或升壓，帶或不帶同步整流，3級升壓；
• DC-DC（隔離）：LLC 全橋或半橋變體、全移相橋、帶相位控制的有源雙橋；
• CCM和BCM管理方法支持；
• 它提供即時結果以促進基本設計決策，包括整體效率、由于動態(tài)和傳導原因導致的組件損耗、結溫、應力水平、并聯(lián)連接的設備數(shù)量（如果有）；
• 無需注冊

圖 1：計算器的登錄頁面

在線應用程序的主要目的是將電力電子與設計簡單性相結合。選擇適合您需求的 SiC 器件對于設計人員來說必須是一個簡單的操作。這是 FET-Jet 計算器的基本目標之一。它可以幫助設計人員選擇 UnitedSiC 器件并更加專注于他們的項目。它允許做出正確、快速和安全的設計決策。所有這一切都發(fā)生在 3 個簡單的步驟中：

• 選擇應用程序；
• 選擇拓撲；
• 輸入操作規(guī)范并選擇設備。

計算器的用途

UnitedSiC 在線發(fā)布并可供設計人員使用的工具非常有價值。它可以為您的電力項目輕松識別最佳的 UnitedSiC 器件。用戶只需為其應用選擇功能和拓撲，輸入設計參數(shù)的詳細信息，最后儀器自動計算電路的電流、效率和損耗。工作溫度和散熱器特性作為輸入提供，以顯示預期的工作結溫。用戶可以通過改變電感器和開關頻率來實時檢查和評估電路變化的影響和后果。此外，可以選擇單個或并聯(lián)設備來顯示不同額定電流的設備的相對整體性能。如果選擇不合適或完全錯誤，例如當標稱電壓不足以滿足所選條件和拓撲時，儀器會發(fā)出警告。這些提示可幫助用戶快速找到可行且正確的解決方案。所有 UnitedSiC FET 和肖特基二極管都可以從分類表中選擇，其中包括封裝 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 的器件以及最近制造的第 4 代 750 V 器件。這種選擇對設計人員來說不是障礙，而是為最終選擇功率元件提供了進一步的幫助。其中包括采用 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 封裝的器件，以及最近制造的第 4 代 750 V 器件。這種選擇對設計人員來說不是障礙，而是為最終選擇功率元件提供了進一步的幫助。其中包括采用 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 封裝的器件，以及最近制造的第 4 代 750 V 器件。這種選擇對設計人員來說不是障礙，而是為最終選擇功率元件提供了進一步的幫助。

預期的計算解決方案

計算工具可在https://unitedsic.com/fet-jet/獲得。您可以在此處輸入有關要構建和設計的電路的信息。該項目的第一個區(qū)別涉及通過選擇相關選項來選擇以下項目：

• 交流/直流；
• 直流/直流；
• DC / DCiso。

等效電路如圖2所示。詳細地，計算器分析以下類型的解決方案：

• 交流/直流
  • 全氟辛烷磺酸
  • TPPFC
  • 維也納
  • VSI 2 級
• 直流/直流
  • 降壓
  • 促進
  • 升壓3L
  • HB 降壓
  • HB 升壓
• DC / Dciso
  • PSFB
  • 有限責任公司HB
  • 有限責任公司
  • 輕拍

圖 2：與三個主要計算類別相關的等效電路

計算示例：AC/DC PFC轉換器

這是一個使用在線計算器的簡單示例。稍后將進一步探討一些概念。圖 3顯示了用于設計 AC/DC PFC 轉換器的通用電路，它包括一個典型的整流橋、電感器、開關 MOSFET、整流二極管和電容器。

圖 3：AC/DC PFC 轉換器的設計

屏幕左側包含用戶要輸入的輸入數(shù)據(jù)，右側包含輸出數(shù)據(jù)和計算參數(shù)。計算器提供兩個列表來選擇 MOSFET 和二極管的型號。在選擇電子元件時，可以限制電流的作用范圍。也可以根據(jù)這些其他附加條件過濾列表：

• 標稱電壓；
• 額定電流；
• 包裝類型；
• 系列。

例如，我們可以選擇具有以下技術特性的 MOSFET 型號 UF3C065040K3S：

• 額定電壓：650V；
• 額定電流：54A；
• 封裝：TO-247-3L；
• RDS（開）：42 毫歐；
• 最高工作溫度：175°C；
• 低電容值；
• 系列：UF3C/SC。

通過單擊組件模型，該網(wǎng)站將顯示相關頁面及其官方數(shù)據(jù)表。要選擇所選組件并將其插入接線圖中，請單擊列表本身左側的點。二極管的選擇包括相同的選擇標準。在這種情況下，選擇了 UJ3D06560KSD 二極管，因為它具有以下特性：

• 額定電壓：650V；
• 額定電流：10A；
• 封裝：TO-247-3L；
• 最高工作溫度：175°C；
• 非常高的開關速度；
• 系列：UJ3D。

然后輸入一些運行參數(shù)（如圖4所示）：

• 額定功率 [VA]
• 線到中性線 RMS 電壓 [V]
• 腿數(shù)
• 直流母線電壓 [V]
• 開關頻率 [Hz]
• 輸入電感紋波電流 [%]
• 并聯(lián) FET 數(shù)量
• 并聯(lián)二極管數(shù)量
• 導通型
• Rthjc類型
• 散熱器溫度 [° C]
• FET Rthcs（隔離墊）[K/W]
• 二極管 Rthcs（隔離墊）[K/W]

圖 4：為計算 AC/DC PFC 轉換器需要輸入的一些數(shù)據(jù)

處理最多需要兩到三秒鐘才能顯示最終結果。最終計算非常有用，如圖 5所示。它們分為以下幾類：

• 計算參數(shù)
  • 每條腿的 RMS 電流 [A]
  • 峰值電流 FET [A]
  • 峰值電流二極管 [A]
  • 調制因子
  • FET Rdson 調整到溫度 [Ohm]
• 每個 FET 和溫度的損耗
  • 傳導 [W]
  • 開啟開關 [W]
  • 關斷切換 [W]
  • 總計 [W]
  • 場效應管結溫 [° C]
• 每個二極管和溫度的損耗
  • 傳導 [W]
  • 總計 [W]
  • 二極管結溫 [° C]
• 總損失和效率
  • 腿用 [W]
  • 總計 [W]
  • 半導體效率 [%]

圖 5：AC/DC PFC 轉換器計算器顯示的結果和輸出數(shù)據(jù)

程序計算的參數(shù)對于所有的模擬來說顯然是不一樣的。每個轉換器模型都有自己的計算參數(shù)類別。

效率是最重要的參數(shù)之一

所有的計算和求解方法都提供了一個非常重要的參數(shù)，顯示為最終結果，即效率。它取決于不同的參數(shù)，并且始終是至關重要且極其重要的一點，尤其是在電源和轉換器方面。具有以下功能的升壓轉換器示例：

• 場效應管選擇：UF3SC065040D8S
• 二極管選擇：UJ3D1210TS
• 額定功率 [W]：3000
• 輸入電壓[V]：325
• 輸出電壓[V]：600
• 電感[uH]：800
• Rdson：典型
• 散熱器溫度[°C]：70

提供 99.55% 的效率，如圖 6所示。

圖 6：計算器提供的最重要的參數(shù)之一是效率

另一個非常重要的參數(shù)是電感“紋波”電流，在這種情況下，用戶可以將其作為輸入數(shù)據(jù)輸入。電感紋波電流作為輸入?yún)?shù)用于優(yōu)化開關損耗估計。

計算器精度

FET-Jet 計算器的準確度如何？在準確性、易用性和速度之間肯定存在一些權衡。您不能同時滿足所有這些要求。FET-Jet 計算器通過在可能的情況下最大限度地減少錯誤并通過執(zhí)行簡化來適當?shù)卣{整這些參數(shù)，從而為典型應用提供快速結果和低精度損失。準確度足以滿足 FET-Jet 計算器的預期用途，該計算器是一種用于選擇電源設備并進行比較的工具，以便在您的項目中使用最合適的組件。FET-Jet 計算器不區(qū)分輸入功率和輸出功率。在大多數(shù)解決方案中，功率半導體的效率高到足以使輸入和輸出功率之間的微小差異可以忽略不計。

系統(tǒng)表征和結論

電源開關器件現(xiàn)已成為現(xiàn)實，設計人員越來越多地使用它們。使用 SiC 的 MOSFET 和二極管的能量轉換器和電源系統(tǒng)越來越受歡迎。事實上，設計人員感到缺乏一個有效且完整的計算器，它可以在一個包中檢查所有類型的連接。對于第一次使用 SiC 的工程師或正在尋找適合其設計的最佳 SiC 器件的工程師，此計算器是一種快速簡便的方法來評估各種功率拓撲中的 UnitedSiC FET，從而加速研發(fā)并避免浪費如果選擇了不合適的設備，則需要花時間創(chuàng)建高級模擬。只需點擊幾下，即可引導設計師走向正確的方向并獲得最佳設計。該計算器將很快更新和更新，實施有用的圖形，涵蓋各種參數(shù)，例如電流、溫度、輸入和輸出電壓和效率。目前，可以手動對系統(tǒng)進行表征，更改值并將結果繪制在電子表格上，如圖 7。該示例涉及創(chuàng)建具有以下特征的降壓轉換器 CCM 系統(tǒng)：

• 場效應管選擇：UF3SC065007K4S
• 二極管選擇：UJ3D1250K
• 額定功率 [W]：500
• 輸入電壓 [V]：從 15 到 100
• 輸出電壓[V]：12
• 腿數(shù)：1
• 電感[uH]：75
• 開關頻率[Hz]：75000
• 并聯(lián) FET 數(shù)量：1
• 并聯(lián)二極管數(shù)量：1
• Rdson 類型：典型
• Rthjc 類型：最大
• 散熱器溫度[°C]：80
• FET Rthcs（隔離墊）[K/W]：0.6
• 二極管 Rthcs（隔離墊）[K/W]：0.6

仿真的目的是了解系統(tǒng)效率如何對輸入電源電壓的變化作出反應。該圖顯示了兩條曲線，開關頻率分別為 75 kHz 和 200 kHz。不同條件下的測量得出以下結果：

圖 7：降壓系統(tǒng)項目的簡單示例及其根據(jù)輸入電壓和開關頻率的效率曲線

審核編輯：湯梓紅