Langue 
Dans l'électronique de puissance moderne, les pertes par commutation sont l'un des facteurs les plus critiques affectant l'efficacité du système. Avec l'augmentation des fréquences de commutation dans les onduleurs de véhicules électriques, les entraînements industriels et les systèmes d'énergie renouvelable, les ingénieurs doivent évaluer soigneusement les pertes et le comportement de commutation des MOSFET.
Avec l'adoption de la technologie carbure de silicium,
les MOSFET en carbure de silicium
réduisent considérablement les pertes par commutation par rapport aux dispositifs en silicium traditionnels. Cependant, le calcul précis des pertes par commutation des MOSFET à partir des fiches techniques reste essentiel pour une conception thermique correcte et la sélection des composants.
Cet article explique :
comment effectuer le calcul des pertes par commutation des MOSFET
comment estimer les pertes de puissance des MOSFET dans les systèmes réels
comment la technologie SiC réduit les pertes par commutation
comme Ruilin Semiconductor
RL800N1200A2mΩ SiC
Comment ces modules haute performance améliorent-ils l'efficacité des onduleurs ?
Qu'est-ce que la perte de commutation SiC ?
La perte de commutation se produit pendant la transition entre les états passant et bloqué des dispositifs à semi-conducteurs de puissance.
Lorsqu'un MOSFET commute, la tension et le courant coexistent simultanément pendant une courte durée. Ce chevauchement entraîne une dissipation d'énergie.
La perte de commutation peut être exprimée comme suit :
dont :
V
DS
= tension drain-source我
d
= courant de draint
r
= temps de montéet
f
= temps de descentef
s
w
= Fréquence de commutation
Cette formule constitue la base du calcul des pertes de puissance des MOSFET utilisée par les ingénieurs lors de la conception de l'étage de puissance.
Calcul des pertes de puissance des MOSFET
Les pertes totales d'un MOSFET sont composées de deux éléments principaux.
Pertes par conduction
Ces pertes dépendent de :
Courant du composant
Résistance à l'état passant
Pertes de commutation
Les pertes de commutation augmentent avec :
Fréquence de commutation
Niveau de tension
Vitesse de commutation
Par conséquent, le calcul des pertes de puissance des MOSFET doit prendre en compte à la fois les pertes par conduction et les pertes par commutation.
En raison des caractéristiques des matériaux,
les MOSFET en carbure de silicium
réduit considérablement les deux types de pertes.
Calcul des pertes par commutation des MOSFET à partir de la fiche technique
Les ingénieurs utilisent généralement les paramètres de la fiche technique pour calculer les pertes par commutation des MOSFET.
La fiche technique fournit généralement :
Énergie d'activation
E
o
nÉnergie de coupure
E
o
ff
La perte totale de commutation peut être estimée comme suit :
Cette méthode est couramment utilisée pour évaluer les composants de fabricants tels qu'Infineon.
Par exemple, de nombreuses notes d'application d'Infineon sur le calcul des pertes de commutation des MOSFET recommandent d'utiliser les valeurs d'énergie de commutation dans des conditions de test spécifiques.
Cependant, l'ingénieur doit également prendre en compte :
Résistance de grille réelle
Inductance du système
Température de fonctionnement
Ces facteurs peuvent influencer significativement les pertes de commutation réelles.
Comprendre les pertes de commutation dans les MOSFET SiC, vers une commutation quasi sans perte
Le développement de la technologie MOSFET SiC vise à réduire les pertes de commutation à un comportement de commutation quasi sans perte.
Par rapport aux dispositifs IGBT en silicium traditionnels,
les MOSFET en carbure de silicium
Fournit :
Vitesse de commutation plus rapide
Capacité de sortie plus faible
Pertes de récupération inverse réduites
Grâce à ces caractéristiques, les pertes de commutation du SiC peuvent être bien inférieures à celles des dispositifs en silicium traditionnels.
Dans les applications haute fréquence telles que les onduleurs de véhicules électriques, la réduction des pertes de commutation peut améliorer l'efficacité du système de plusieurs points de pourcentage.
Cela permet également :
Des dissipateurs thermiques plus petits
Une densité de puissance plus élevée
Fréquence de commutation plus élevée
Exemple : Ruilin
RL800N1200A Carbure de silicium
Analyse des pertes de commutation du module
Pour illustrer l'impact de la technologie SiC, considérons un module de puissance SiC à fort courant comme le RL800N1200A.
Caractéristiques typiques :
Capacité de courant de 800A
Tension nominale de 1200V
Rds(on) ultra-faible de 2mΩ
Caractéristiques de commutation optimisées
La faible résistance à l'état passant réduit considérablement les pertes par conduction :
Par exemple, à des niveaux de courant élevés, réduire la résistance de 4 mΩ à 2 mΩ permet de diminuer les pertes par conduction d'environ 50 %.
De plus, la structure de grille optimisée et la faible inductance parasite améliorent les performances de commutation et réduisent les pertes de commutation du SiC.
Ces caractéristiques rendent les modules SiC de forte puissance particulièrement adaptés pour :
Onduleurs de traction pour véhicules électriques
Convertisseurs de puissance industriels
Systèmes d'énergie renouvelable
Considérations de conception pour réduire les pertes des MOSFET
Les ingénieurs concevant des convertisseurs de puissance efficaces doivent envisager plusieurs stratégies pour réduire les pertes des MOSFET.
Choisir des composants à faible Rds(on)
Une résistance de conduction plus faible réduit considérablement les pertes par conduction.
Optimiser la conception du driver de grille
Une résistance de grille appropriée améliore la vitesse de commutation et réduit les pertes.
Réduire l'inductance parasite
Une conception optimisée des modules et des circuits imprimés minimise les surtensions et l'énergie de commutation.
Utiliser des modules SiC avancés
Les modules SiC haute performance offrent de meilleures caractéristiques de commutation et performances thermiques.
Conclusion
Un calcul précis des pertes de commutation des MOSFET est essentiel pour concevoir des systèmes électroniques de puissance efficaces.
En comprenant :
Calcul des pertes de puissance des MOSFET
Calcul des pertes de commutation à partir de la fiche technique
Avantages de la technologie SiC MOSFET
Les ingénieurs peuvent améliorer considérablement l'efficacité et la fiabilité des systèmes.
Comme Ruilin
RL800N1200A2mΩ
ces modules SiC modernes illustrent comment la technologie avancée des semi-conducteurs réduit les pertes de commutation et permet des systèmes onduleurs à haute puissance et haute efficacité.
Avec l'évolution continue de l'électronique de puissance, l'optimisation des pertes de commutation SiC jouera un rôle clé dans les systèmes de nouvelle génération pour les véhicules électriques, les énergies renouvelables et les applications industrielles.
FAQ : Pertes de commutation SiC
Comment calculer les pertes de commutation d'un MOSFET ?
Les pertes de commutation peuvent être calculées à l'aide des valeurs d'énergie de commutation Eon et Eoff fournies dans la fiche technique.
La fréquence de commutation détermine la puissance totale dissipée.
Pourquoi les pertes de commutation des MOSFETs en carbure de silicium sont-elles plus faibles ?
Par rapport aux dispositifs en silicium, les MOSFET SiC ont une capacité plus faible et des caractéristiques de commutation plus rapides, ce qui réduit considérablement l'énergie de commutation.
Qu'est-ce qui cause les pertes de commutation des MOSFET ?
Les pertes de commutation se produisent pendant la transition entre les états passant et bloqué, lorsque la tension et le courant se chevauchent brièvement.
Comment réduire les pertes de puissance des MOSFET ?
Les pertes de puissance peuvent être réduites par :
Choisir des composants à faible Rds(on)
Optimisation du circuit de commande de grille
Réduire l'inductance parasite
Utilisation de modules SiC haute efficacité
