最後更新:2026年10月8日功率半導體功率元件・電力電子中國大陸:开关损耗

切換損耗是什麼

Switching Loss

切換損耗是功率元件在導通與關斷切換的暫態期間,因經過電壓與電流同時不為零的狀態而產生的損耗。分為導通損耗(Eon)與關斷損耗(Eoff)進行評估,並與切換頻率成正比增加。IGBT 的主要原因是關斷時的拖尾電流,但多數載子元件 SiC MOSFET 沒有這個問題,因而能在100kHz 以上的高頻下運作。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

切換損耗是指功率元件在導通與關斷切換的暫態期間所產生的功率損耗。切換的瞬間會經過電壓與電流同時不為零的狀態,兩者的乘積便成為損耗而轉為熱。分為導通切換損耗(Eon)與關斷切換損耗(Eoff)進行評估。

相對於導通損耗與電流的2次方成正比,切換損耗則與切換頻率成正比增加。因此低頻時以導通損耗為主,高頻時以切換損耗為主,這2者之和最小的頻率即為最佳工作點。

在 IGBT 中,關斷時儲存的少數載子被掃出之前電流仍持續流動的「拖尾電流」,是切換損耗的主要原因。屬於多數載子元件的 SiC MOSFET 沒有這種拖尾電流,因此能大幅降低 Eoff。SiC 之所以能在100kHz 以上的高頻下運作,原因就在這裡。

切換損耗無法由元件本身單獨決定,而是強烈取決於閘極驅動條件與電路的寄生電感。降低閘極電阻可以加速切換、減少損耗,但 dv/dt 與 di/dt 會增加,使突波電壓與雜訊(EMI)惡化。在兩者之間取得平衡,是閘極驅動器設計的要點。

切換損耗的常見問題

導通損耗與切換損耗哪一個佔主導?
取決於工作頻率。導通損耗與電流的2次方成正比、與頻率無關,切換損耗則與頻率成正比增加。因此低頻時以導通損耗為主,高頻時以切換損耗為主,兩者之和最小的頻率即為最佳工作點。
什麼是拖尾電流?
IGBT 關斷時,儲存在漂移層中的少數載子在復合消失之前電流仍持續流動的現象。這會使 Eoff(關斷切換損耗)變大,通常將 IGBT 的工作頻率限制在20kHz 以下。屬於多數載子元件的 MOSFET 沒有拖尾電流。
加快切換速度就能減少損耗嗎?
損耗本身會減少,但 dv/dt 與 di/dt 增加,會使突波電壓與 EMI 雜訊惡化。在馬達用途中也會對繞組絕緣造成負擔。以調整閘極電阻在兩者之間取得平衡,是閘極驅動設計的要點。

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