CoolSiC? MOSFET G2如何正确选型 硬开关与软开关场景解析

在功率电子领域，英飞凌的CoolSiC MOSFET G2以其卓越性能备受关注。本文将重点分析如何在硬开关和软开关两种应用场景下，正确选型CoolSiC MOSFET G2，以实现最佳系统性能。

■ G2在硬开关拓扑中的应用

除了RDS(on)，开关损耗在SiC MOSFET的选型中也扮演着非常重要的角色。因为SiC往往工作在非常高的开关频率，尤其在硬开关拓扑中，开关损耗的占比可达60%以上。这时使用开关损耗更低的G2来代替G1，会取得明显的系统优势。下面我们通过MPPT boost电路的仿真实例来看一下。

仿真电路:

26A MPPT仿真条件：

仿真边界条件设置为Tvj,max<140℃，G2允许175℃的连续运行结温，及200℃/100h的过载结温，这里留了比较大的余量。

使用40mΩ G1对比40mΩ和53mΩ的G2，可以看到，40mΩ G2总损耗与40mΩ G1持平，结温高约1.9℃(112.1℃-->124℃)。如果使用53mΩ G2，损耗大幅增加，结温增加到141.4℃。但G2允许更小的门极电阻，如果将Rg降低到2.3Ω(数据手册推荐值)，则53mΩ G2的结温会降低至137.1℃。

32A MPPT仿真条件：

在这种应用情景下，34mΩ G2与40mΩ G1损耗与结温基本持平，如果换用40mΩ G2，结温会升高约8℃。但这种升高的结温可以用降低门极驱动电阻Rg来进行补偿。将Rg从4.7Ω降低到2.3Ω，40mΩ G2结温将会降低到139.4℃，与40mΩ G1非常接近。

通过对MPPT系统的仿真分析，我们可以看到，在硬开关系统应用，因为开关损耗占比较高，导通损耗占比较低，G2对G1的替换策略依赖于不同的场景：

1. 特定条件下（如26A MPPT），可使用同等导通电阻替换，比如40mΩ G2替换40mΩ G1,可维持相同的损耗与结温，如果用34mΩ G2替换40mΩ G1，可以使得系统损耗和器件温度降低，进而提高功率密度，冷却需求减少。

2. 部分场景中，如更大电流的MPPT，或者buck-boost中，可以使用更低Rdson的G2，来替换Rdson高一档的G1。比如在32A MPPT中，可使用34mΩ G2替换40mΩ G1。也可对G2采用更低的门极电阻来降低损耗，这种情况下可使用40mΩ G2替换40mΩ G1。

■G2在软开关拓扑中的应用

在LLC等软开关拓扑中，因为能实现零电压开通，所以功率器件只有导通损耗和关断损耗，而没有开通损耗。因此对LLC来说，导通损耗所占比重更大。

对20kW LLC典型工况进行仿真：

■MOSFET: IMZC120R034M2H / IMZA120R040M1H，4并

■最大输出功率，Po,max: 20kW

■谐振频率fr: 100kHz

■DC 输入电压， VIN: 800V

■DC 输出电压，VOUT : 300V

■死区时间，DT: 300ns

仿真结果：

从仿真结果可以看出，导通损耗占总损耗相当大的比例，因此：

■使用IMZC120R034M2H取代IMZA120R040M1H，可使损耗和结温维持在同一水平

■使用IMZC120R026M2H取代IMZA120R030M1H，可降低3℃结温

因此，在软开关拓扑中，推荐使用导通电阻稍低的G2，来替换导通电阻高一档的G1。

以下是TO-247-4封装的G2选型表供参考：

总结

RDS(on)是评价SiC MOSFET的重要考量，但并不是唯一参数。在进行CoolSiC MOSFET G2产品选型时，不能单纯依赖常温下RDS(on)数值，而是要综合考虑电路拓扑、开关频率、散热条件等因素，最好通过仿真确定最终选型。

参考阅读

CoolSiC MOSFET Gen2性能综述

CoolSiC MOSFET G2导通特性解析

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在功率电子领域，英飞凌的CoolSiC MOSFET G2以其卓越性能备受关注。本文将重点分析如何在硬开关和软开关两种应用场景下，正确选型CoolSiC MOSFET G2，以实现最佳系统性能。

■ G2在硬开关拓扑中的应用

除了RDS(on)，开关损耗在SiC MOSFET的选型中也扮演着非常重要的角色。因为SiC往往工作在非常高的开关频率，尤其在硬开关拓扑中，开关损耗的占比可达60%以上。这时使用开关损耗更低的G2来代替G1，会取得明显的系统优势。下面我们通过MPPT boost电路的仿真实例来看一下。

仿真电路:

26A MPPT仿真条件：

仿真边界条件设置为Tvj,max<140℃，G2允许175℃的连续运行结温，及200℃/100h的过载结温，这里留了比较大的余量。

使用40mΩ G1对比40mΩ和53mΩ的G2，可以看到，40mΩ G2总损耗与40mΩ G1持平，结温高约1.9℃(112.1℃-->124℃)。如果使用53mΩ G2，损耗大幅增加，结温增加到141.4℃。但G2允许更小的门极电阻，如果将Rg降低到2.3Ω(数据手册推荐值)，则53mΩ G2的结温会降低至137.1℃。

32A MPPT仿真条件：

在这种应用情景下，34mΩ G2与40mΩ G1损耗与结温基本持平，如果换用40mΩ G2，结温会升高约8℃。但这种升高的结温可以用降低门极驱动电阻Rg来进行补偿。将Rg从4.7Ω降低到2.3Ω，40mΩ G2结温将会降低到139.4℃，与40mΩ G1非常接近。

通过对MPPT系统的仿真分析，我们可以看到，在硬开关系统应用，因为开关损耗占比较高，导通损耗占比较低，G2对G1的替换策略依赖于不同的场景：

1. 特定条件下（如26A MPPT），可使用同等导通电阻替换，比如40mΩ G2替换40mΩ G1,可维持相同的损耗与结温，如果用34mΩ G2替换40mΩ G1，可以使得系统损耗和器件温度降低，进而提高功率密度，冷却需求减少。

2. 部分场景中，如更大电流的MPPT，或者buck-boost中，可以使用更低Rdson的G2，来替换Rdson高一档的G1。比如在32A MPPT中，可使用34mΩ G2替换40mΩ G1。也可对G2采用更低的门极电阻来降低损耗，这种情况下可使用40mΩ G2替换40mΩ G1。

■G2在软开关拓扑中的应用

在LLC等软开关拓扑中，因为能实现零电压开通，所以功率器件只有导通损耗和关断损耗，而没有开通损耗。因此对LLC来说，导通损耗所占比重更大。

对20kW LLC典型工况进行仿真：

■MOSFET: IMZC120R034M2H / IMZA120R040M1H，4并

■最大输出功率，Po,max: 20kW

■谐振频率fr: 100kHz

■DC 输入电压， VIN: 800V

■DC 输出电压，VOUT : 300V

■死区时间，DT: 300ns

仿真结果：

从仿真结果可以看出，导通损耗占总损耗相当大的比例，因此：

■使用IMZC120R034M2H取代IMZA120R040M1H，可使损耗和结温维持在同一水平

■使用IMZC120R026M2H取代IMZA120R030M1H，可降低3℃结温

因此，在软开关拓扑中，推荐使用导通电阻稍低的G2，来替换导通电阻高一档的G1。

以下是TO-247-4封装的G2选型表供参考：

总结

RDS(on)是评价SiC MOSFET的重要考量，但并不是唯一参数。在进行CoolSiC MOSFET G2产品选型时，不能单纯依赖常温下RDS(on)数值，而是要综合考虑电路拓扑、开关频率、散热条件等因素，最好通过仿真确定最终选型。

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CoolSiC MOSFET Gen2性能综述

CoolSiC MOSFET G2导通特性解析

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