PFC回路：適切なゲート駆動電圧の検討

PFC回路：適切なゲート駆動電圧の検討

ここでは、PFC回路のスイッチング素子として使用しているSiC MOSFETに対する、適切なゲート駆動電圧V_GSの値について検討します。

回路例

回路は、Power Device Solution Circuit/AC-DC PFCの一覧にあるシミュレーション回路「A-2. PFC BCM Diode-Bridge-Less V_in＝200V Iin＝2.5A」を例にします（図9参照）。回路図の詳細は、こちらからも確認できます。

この例では、図9に示したローサイドのスイッチング素子であるSiC MOSFET SCT2450KEを駆動するための適切なV_GSの値を、シミュレーションを利用して検討します。

図9：PFCシミュレーション回路「A-2. PFC BCM Diode-Bridge-Less V_in＝200V I_in＝2.5A」

オン抵抗とゲート駆動電圧の関係

図10のように、従来のSi（シリコン）MOSFETのオン抵抗R_onは、オン状態ではV_GSに対してほぼ一定です。それに対してSiC MOSFETは、図11のようにV_GSに対してR_onが大きく変化するため、V_GSの設定はSi MOSFET以上に重要です。つまり、SiC MOSFETはV_GSが低いと、導通損失が増えて効率が悪化します。逆に高効率を求めてV_GSを高くし過ぎると定格を超過する恐れが出てくるので、V_GSを適切に設定することが非常に重要になります。

適切なゲート駆動電圧の検討

図9のPFC回路において、SiC MOSFETのV_GSの値を変化させたときの効率シミュレーション結果を図12に示します

図12：SiC MOSFETのV_GSを変化させた時の効率シミュレーション結果

V_GSが14V以下では、R_onの上昇により効率が急激に低下します。この現象は温度が低いほど顕著になり、この領域ではデバイスが破壊する可能性が大きくなるため使用できません。逆にV_GSが大きいほど効率は良くなりますが、定格（V_GS=22V）を超えては使用できません。したがって、このシミュレーション結果から効率と安全性のバランスを考慮すると、V_GS=18V前後での使用が適切であると言えます。実際にロームのSiC MOSFETは、通常V_GS=18V前後での使用が推奨されています。