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采用 SiC電子元件的電力電子設(shè)備越來越多地用于工業(yè)、家用和汽車電源中最苛刻的開關(guān)操作。電路的實(shí)現(xiàn)顯然不是隨機(jī)執(zhí)行的，而是遵循精確的計(jì)算路線和數(shù)學(xué)公式，這些公式考慮了許多理論和實(shí)際因素以及幾個(gè)變量。UnitedSiC 推出了FET-Jet 計(jì)算器，這是一種在線工具，用于選擇和比較不同電源應(yīng)用的性能。
計(jì)算機(jī)
讓我們來看看它的一些值得注意的功能：
- 在各種基于功率的應(yīng)用中輕松評(píng)估全系列 UnitedSiC FET 和二極管；
- AC-DC：PFC升壓、PFC圖騰、Vienna整流器；2電平電壓源逆變器；
- DC-DC（非隔離）：降壓或升壓，帶或不帶同步整流3級(jí)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(shí)結(jié)果以促進(jìn)基本設(shè)計(jì)決策，包括整體效率、由于動(dòng)態(tài)和傳導(dǎo)原因?qū)е碌慕M件損耗、結(jié)溫、應(yīng)力水平、并聯(lián)設(shè)備的數(shù)量（如果有）；
- 無需注冊
圖1：計(jì)算器的登錄頁面在線應(yīng)用程序的主要目的是將電力電子與設(shè)計(jì)簡單性相結(jié)合。選擇適合您需求的 SiC 器件對(duì)設(shè)計(jì)人員來說必須是一個(gè)簡單的操作。這是 FET-Jet 計(jì)算器的基本目標(biāo)之一。它可以幫助設(shè)計(jì)人員選擇 UnitedSiC 器件并更加專注于他們的項(xiàng)目。它允許做出正確、快速和安全的設(shè)計(jì)決策。所有這一切都發(fā)生在 3 個(gè)簡單的步驟中：
- 選擇應(yīng)用程序；
- 選擇拓?fù)洌?/font>
- 輸入操作規(guī)范并選擇設(shè)備。
計(jì)算器的用途
UnitedSiC 在線發(fā)布并提供給設(shè)計(jì)人員的工具很有價(jià)值。它可以輕松識(shí)別適合您的電力項(xiàng)目的最佳 UnitedSiC 設(shè)備。用戶只需為其應(yīng)用選擇功能和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入設(shè)計(jì)參數(shù)的詳細(xì)信息，最后，儀器就會(huì)自動(dòng)計(jì)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(yù)期的工作結(jié)溫。用戶可以通過改變電感器和開關(guān)頻率來實(shí)時(shí)檢查和評(píng)估電路變化的影響和后果。此外，可以選擇單個(gè)或并聯(lián)設(shè)備來顯示具有不同額定電流的設(shè)備的相對(duì)整體性能。如果選擇不合適或完全錯(cuò)誤，例如當(dāng)標(biāo)稱電壓不足以滿足所選條件和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，儀器會(huì)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可分類表中選擇，其中包括封裝 TO-220、TO-247、TO-247 / 4L、DFN 8×8 和最近制造的第 4 代 750 V 器件的器件。這種選擇對(duì)設(shè)計(jì)者來說不是障礙，而是為功率元件的最終選擇提供了進(jìn)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(duì)設(shè)計(jì)者來說不是障礙，而是為功率元件的最終選擇提供了進(jìn)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(duì)設(shè)計(jì)者來說不是障礙，而是為功率元件的最終選擇提供了進(jìn)一步的幫助。
預(yù)期的計(jì)算解決方案
計(jì)算工具可從https://unitedsic.com/fet-jet/ 獲得。您可以在此處輸入有關(guān)要構(gòu)建和設(shè)計(jì)的電路的信息。該項(xiàng)目的第一個(gè)區(qū)別涉及通過選擇相關(guān)選項(xiàng)來選擇以下項(xiàng)目：
- 交流/直流；
- 直流/直流；
- DC/DCiso。
等效電路如圖2所示。詳細(xì)地，計(jì)算器分析了以下類型的解決方案：
-
交流/直流
- PFC
- TPPFC
- 維也納
- VSI 2 級(jí)
-
直流/直流
- 降壓
- 促進(jìn)
- 升壓3L
- HB降壓
- HB升壓
-
直流 / 直流
- PSFB
- 有限責(zé)任公司
- 有限責(zé)任公司FB
- 輕拍
圖 2：與三大類計(jì)算相關(guān)的等效電路計(jì)算示例：AC/DC PFC 轉(zhuǎn)換器
這是使用在線計(jì)算器的簡單示例。稍后將進(jìn)一步探討一些概念。交流/直流 PFC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的通用電路如圖 3所示，它包括典型的整流橋、電感器、開關(guān) MOSFET、整流二極管和電容器。
圖 3：AC/DC PFC 轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)屏幕左側(cè)包含用戶要輸入的輸入數(shù)據(jù)，屏幕右側(cè)包含輸出數(shù)據(jù)和計(jì)算參數(shù)。計(jì)算器提供了兩個(gè)列表來選擇 MOSFET 和二極管的型號(hào)。在選擇電子元件時(shí)，可以限制電流的作用范圍。還可以根據(jù)這些其他附加條件過濾列表：
- 標(biāo)稱電壓；
- 額定電流；
- 包裹類型；
- 系列。
例如，我們可以選擇具有以下技術(shù)特性的 MOSFET 型號(hào) 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℃；
- 低電容值；
- 系列：UF3C/SC。
通過單擊組件模型，該網(wǎng)站會(huì)顯示相關(guān)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(qǐng)單擊列表左側(cè)的點(diǎn)。二極管的選擇包括相同的選擇標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，選擇了 UJ3D06560KSD 二極管，因?yàn)樗哂幸韵绿匦裕?/font>
- 額定電壓：650V；
- 額定電流：10A；
- 封裝：TO-247-3L；
- 最高工作溫度：175℃；
- 非常高的開關(guān)速度；
- 系列：UJ3D。
然后輸入一些運(yùn)行參數(shù)（如圖4所示）：
- 額定功率 [VA]
- 線到零線 RMS 電壓 [V]
- 腿數(shù)
- 直流母線電壓 [V]
- 開關(guān)頻率 [Hz]
- 輸入電感紋波電流 [%]
- 并聯(lián) FET 的數(shù)量
- 并聯(lián)二極管數(shù)量
- 類型
- Rthjc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：用于計(jì)算 AC/DC PFC 轉(zhuǎn)換器的一些數(shù)據(jù)處理最多需要兩到三秒鐘才能顯示最終結(jié)果。最終的計(jì)算非常有用，如圖 5所示。它們分為以下幾類：
-
計(jì)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(diào)制因子
- FET Rdson 調(diào)整到溫度 [Ohm]
-
每個(gè) FET 和溫度的損耗
- 傳導(dǎo) [W]
- 開啟開關(guān) [W]
- 關(guān)斷開關(guān) [W]
- 總計(jì) [W]
- FET 結(jié)溫 [°C]
-
每個(gè)二極管和溫度的損耗
- 傳導(dǎo) [W]
- 總計(jì) [W]
- 二極管結(jié)溫 [°C]
-
總損耗和效率
- 腿用 [W]
- 總計(jì) [W]
- 半導(dǎo)體效率 [%]
圖 5：計(jì)算器顯示的 AC/DC PFC 轉(zhuǎn)換器的結(jié)果和輸出數(shù)據(jù)程序計(jì)算出的參數(shù)顯然不是所有的模擬都一樣。每個(gè)轉(zhuǎn)換器模型都有自己的計(jì)算參數(shù)類別。
效率是最重要的參數(shù)之一
所有的計(jì)算和求解方法都提供了一個(gè)非常重要的參數(shù)作為最終結(jié)果，即效率。它取決于不同的參數(shù)，并且始終是至關(guān)重要且極其重要的一點(diǎn)，尤其是在電源和轉(zhuǎn)換器方面。具有以下功能的升壓轉(zhuǎn)換器示例：
- 場效應(yīng)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。
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圖 6：計(jì)算器提供的最重要的參數(shù)之一是效率
圖 6：計(jì)算器提供的最重要參數(shù)之一是效率
另一個(gè)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(guān)損耗估計(jì)。
計(jì)算器精度
FET-Jet 計(jì)算器的準(zhǔn)確度如何？在準(zhǔn)確性、易用性和速度之間肯定存在一些權(quán)衡。您不能同時(shí)滿足所有這些要求。FET-Jet 計(jì)算器通過在可能的情況下最小化錯(cuò)誤并通過執(zhí)行簡化來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整這些參數(shù)，從而在典型應(yīng)用中以低精度損失獲得快速結(jié)果。精度足以滿足 FET-Jet 計(jì)算器的預(yù)期用途，該計(jì)算器是一種選擇電源設(shè)備并進(jìn)行比較的工具，以便在您的項(xiàng)目中使用最合適的組件。FET-Jet 計(jì)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(dǎo)體的效率足夠高，使得輸入和輸出功率之間的微小差異可以忽略不計(jì)。
系統(tǒng)特性和結(jié)論
電源開關(guān)設(shè)備現(xiàn)已成為現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)人員越來越多地使用它們。使用帶有 SiC 的 MOSFET 和二極管的能量轉(zhuǎn)換器和電源系統(tǒng)越來越受歡迎。事實(shí)上，設(shè)計(jì)人員感到缺乏一個(gè)有效和完整的計(jì)算器，它可以在一個(gè)包中檢查所有類型的連接。對(duì)于第一次使用 SiC 的工程師或那些正在尋找適合其設(shè)計(jì)的最佳 SiC 器件的工程師，該計(jì)算器是一種快速簡便的方法來評(píng)估各種功率拓?fù)渲械?UnitedSiC FET，從而加速研發(fā)并避免浪費(fèi)如果選擇了不合適的設(shè)備，則需要花時(shí)間創(chuàng)建高級(jí)模擬。只需點(diǎn)擊幾下即可引導(dǎo)設(shè)計(jì)師走向正確的方向并獲得最佳設(shè)計(jì)。該計(jì)算器將很快進(jìn)行更新和更新，并實(shí)施有用的圖形，這些圖形將涵蓋各種參數(shù)，例如電流、溫度、輸入和輸出電壓以及效率。目前，系統(tǒng)的表征可以手動(dòng)進(jìn)行，更改值并將結(jié)果繪制在電子表格上，如在圖7。該示例涉及創(chuàng)建具有以下特征的降壓轉(zhuǎn)換器 CCM 系統(tǒng)：
- 場效應(yīng)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(guān)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
仿真的目的是查看系統(tǒng)的效率如何對(duì)輸入電源電壓的變化做出反應(yīng)。該圖顯示了兩條曲線，開關(guān)頻率分別為 75 kHz 和 200 kHz。在不同條件下的測量給出以下結(jié)果：
| 酒 | 75 kHz 時(shí)的效率 | 200 kHz 時(shí)的效率 |
| 15 | 94.76 | 94.39 |
| 20 | 92.35 | 91.87 |
| 25 | 90.88 | 90.27 |
| 30 | 89.87 | 89.14 |
| 35 | 89.13 | 88.28 |
| 40 | 88.55 | 87.59 |
| 45 | 88.09 | 87.01 |
| 50 | 87.71 | 86.51 |
| 55 | 87.38 | 86.06 |
| 60 | 87.10 | 85.66 |
| 65 | 86.85 | 85.29 |
| 70 | 86.62 | 84.94 |
| 75 | 86.41 | 84.62 |
| 80 | 86.23 | 84.31 |
| 85 | 86.05 | 84.02 |
| 90 | 85.89 | 83.74 |
| 95 | 85.74 | 83.46 |
| 100 | 85.59 | 83.2 |
圖 7：降壓系統(tǒng)項(xiàng)目的簡單示例及其根據(jù)輸入電壓和開關(guān)頻率的效率曲線審核編輯：湯梓紅
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