SiC功率元件｜應用篇

非放電型RCD緩衝電路(Snubber Circuit)的設計

2025.02.13

重點

・在非放電型RCD緩衝電路中，RSNB消耗的功率僅為突波能量，因此RSNB的容許損耗可以比較小。

・因此，可以增加CSNB的電容量，這不僅可改善鉗位效果，還可提高開關頻率fSW。

・通常而言，在增加了非放電型RCD緩衝電路的電路中，低負載時的效率會降低，高負載時的效率會提高。這是因為在高負載時，緩衝電路具有抑制突波的效果，最終會降低開關損耗。

本文將介紹四種緩衝電路中的最後一種“非放電型RCD緩衝電路”的設計。

SiC MOSFET：非放電型RCD緩衝電路的設計

與放電型RCD緩衝電路不同，非放電型RCD緩衝電路的RSNB消耗的功率僅為突波能量，因此RSNB的容許損耗可以較小。這可以擴大RSNB的選擇範圍，使得能夠增加CSNB的電容量，因而可以提高鉗位的效果。

CSNB由“C緩衝電路的設計”中的公式(2)決定，RSNB由“RC緩衝電路的設計”中的公式(3)決定。但是，RSNB的功耗由下面給出的公式(6)決定。由於“RC緩衝電路的設計”的公式(4)中不存在包含CSNB和fSW的二項式，所以基本上不會有因CSNB和fSW導致的功耗增加情況。因此，可以將CSNB的電容值設置得大一些，從而可以實現鉗位元效果更好的緩衝電路；另外，還支援提高fSW的頻率。

\(P_{SNB} = \displaystyle \frac{L_{TRACE} \cdot I_{{MAIN}^{2}} \cdot f_{SW}}{2}\)　(6)

圖8是非放電型RCD緩衝電路工作後的放電路徑。上橋臂的突波電流流向PGND，下橋臂的放電電流經由RSNB流向HVdc，因此受佈線電感的影響較小。另一方面，由於電流變化很大，因此在MOSFET汲極和源極之間的佈線電感LSNB需要盡可能小。

非放電型RCD緩衝電路的放電

圖9是透過評估板P02SCT3040KR-EVK-001驗證使用了SiC MOSFET SCT3080KR的非放電型RCD緩衝電路效果的波形。(a)是測試電路，(b)是有和沒有緩衝電路時的測試波形。該波形是RG_EXT＝3.3Ω、HVdc＝800V、汲極電流ID約為70A時的關斷波形。

當不連接緩衝電路時，關斷時會產生1210V的突波；當增加了緩衝電路後，突波變為1069V，降低了約12%。另外，緩衝電路還消除了伴隨突波產生的電壓振鈴，因此可以大大降低EMI。

關斷突波測量（有/無緩衝電路）

圖10是在降壓型轉換器（Buck Converter）中的轉換效率比較圖。這是輸入電壓＝400V、輸出電壓＝200V、RG_EXT＝6.8Ω、開關頻率fSW＝100kHz時的效率。

Buck電路的效率

當使負載功率從1kW變化至4.8kW時，在約4kW以下，沒有緩衝電路時的效率比有緩衝電路時最大高0.4%；在4kW以上，有緩衝電路時的效率比沒有緩衝電路時高0.15%。這是因為，隨著負載功率的增大，突波引起的功率損耗（諧振電流引起的電容等的等效串聯電阻的損耗）也會增加，利用緩衝電路來抑制突波，最終會使開關損耗降低。

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