逆變器電路的優化 反向恢復時間trr的影響

反向恢復時間trr對逆變器電路的影響

在逆變器電路中，開關元件的反向恢復時間trr（Reverse recovery time）特性對損耗的影響很大。在這裡，我們將使用“ROHM Solution Simulator”的“Power Device Solution Circuit”進行模擬，以確認trr對逆變器電路的影響。

模擬所用的逆變器電路

作為範例，我們使用上一篇文章中給出的Power Device Solution Circuit一覽表中的逆變器電路“B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW”（圖1）。更改該逆變器電路的開關元件（黃色框）並進行模擬，以確認trr的影響。

圖1：Power Device Solution Circuit逆變器電路B-6. 3-Phase 3-Wire Inverter Vo=200V Po=5kW

trr特性在逆變器電路中的重要性

圖2顯示了圖1的逆變器電路中開關時的電流路徑。

在逆變器電路中，為了調整供給的功率，透過PWM和PFM等的控制，使High side（高側）和Low side（低側）的元件交替ON/OFF。圖2中的①～⑤表示其工作過程，並反覆進行該工作過程。

著眼點在於從④到⑤的工作中，由於反向恢復電流在High side從OFF變為ON的時間點流過Low side的內部二極體，因此，直通電流會從High side流向Low side（紅色所示）。

圖2：開關時的電流路徑

該反向恢復電流對續流側元件（Low side）本身的損耗影響很小，但如圖3所示，對於開關側元件（High side），由於在VDS變化之前這種反向恢復電流會疊加在正常的開關電流中，從而會造成非常大的導通損耗。因此，在逆變器電路中，要選擇trr小的開關元件，這一點很重要。

圖3：開關側元件（High side）的導通波形範例 以及trr的大小與開關損耗之間的關係

trr特性差異帶來的開關損耗比較

圖4是在圖1的逆變器電路中，使用針對普通開關應用的SJ MOSFET R6047KNZ4作為開關元件時，以及使用以內部二極體的高速trr著稱的PrestoMOS™ R6050JNZ4時（圖1的黃色框）的開關損耗和開關波形模擬結果。

圖4：不同trr特性的開關元件的開關損耗和波形比較（模擬）

如模擬波形所示，由於trr特性的差異，導通損耗存在顯著差異。與R6047KNZ4相比，內部二極體具有高速trr特性的R6050JNZ4的導通損耗降低至約1/5。順便提一下，R6047KNZ4的內部二極體的trr為700ns（Typ.），R6050JNZ4為120ns（Typ.），不到1/5。

此外，在分析整個逆變器電路工作期間開關元件（MOSFET）的損耗時，如圖5所示，可以看出trr對損耗具有很大影響。

圖5：普通開關MOSFET和高速trr MOSFET的損耗分析

根據該結果，可以說在選擇逆變器電路中的開關元件時，要選擇內部二極體具有高速trr的產品，這一點很重要。