碳化矽 MOSFET 給電力電子系統帶來哪些創新設計

2024-2-19 13:45| 发布者: 闪电| 查看: 1| 评论: 0

摘要: 1.SiC MOSFET相對於Si IGBT，性能大幅度改進。主要表現在：(a)SiC MOSFET沒有拖尾電流，關斷損耗大幅度降低(b)SiC MOSFET體二極體反向恢復損耗降低(c)SiC MOSFET導通無拐點，導通損耗降低2.CoolSiC™ MOSFET可降低損 ...

1. SiC MOSFET相對於Si IGBT，性能大幅度改進。主要表現在：

(a) SiC MOSFET沒有拖尾電流，關斷損耗大幅度降低

(b) SiC MOSFET體二極體反向恢復損耗降低

2. CoolSiC™ MOSFET可降低損耗，提升系統功率/效率

(a) 把1500V ANPC光伏逆變器的全Si方案--F3L400R10W3S7_B11中的 D5/D6管從200A Si Diode，切換為100A SiC diode，得到新模塊-- F3L400R10W3S7F_B11，系統功率從175kW上升到200kW

(b) 在光伏Boost中，相比於1200V 50A CH7加 Si Diode方案，1200V SiC MOSFET+SiC diode的方案，高溫下開關損耗最多可降低80%。

(c) 氫燃料電池是新興的應用，對能效的要求非常高。氫燃料電池車的電力電子系統主要有DCDC升壓變換器和空壓機。DCDC升壓變換器主流方案有兩種：SR boost及boost方案。兩種方案英飛凌都有完整的方案提供。

(d) 燃料電池空壓機要求高頻率、高功率、高效率，只有SiC MOSFET能滿足這些要求。針對空壓機的35kW典型功率，英飛凌有單管和模塊兩種方案提供。

3. CoolSiC™ MOSFET 可簡化系統拓撲設計

(a) 2kV SiC MOSFET系列上市，TO-247PLUS-4-HCC封裝增加了爬電距離和電氣間隙，.XT高性能焊接技術改善了熱性能。對1500VDC光伏系統帶來的改變是，可以用兩電平拓撲代替原來的三電平拓撲。

(b) 2kV EASY封裝的DF4-19MR20W3M1HF_B11集成了4路boost，最大boost電流可達40A。模塊成功應用於陽光電源，將傳統Si器件的三電平電路簡化為兩電平電路，同時減小晶片面積約70%，輕載工況下的效率最高提升1%。

(c) SiC MOSFET可簡化充電樁應用中DCDC拓撲。傳統的充電樁使用650V Si MOSFET，兩級LLC串聯達到800V的輸出電壓。現在採用1200V SiC MOSFET可以只採用一級LLC單元，意味著整體體積可降低50%，功率密度提升一倍，並且可以實現雙向能量流動。

(d) 採用CoolSiC™ EasyPACK™可提升充電樁的功率。採用FF6/8MR12W2M1HP_B11可實現雙向50kW充電樁，採用三相交錯CLLC拓撲，英飛凌有相應的demo板可供參考。

4. CoolSiC™ MOSFET 可促成系統集成化

(a) 在電機驅動應用中，SiC MOSFET導通損耗在各種工況中相比IGBT都有所降低。開關損耗方面，相同dv/dt的條件下，SiC MOSFET開關損耗最多可降低50%~60%，如果不考慮dv/dt的限制，SiC MOSFET開關損耗最多可降低90%。

(b) SiC MOSFET應用於伺服系統中，損耗最大可降低80%。散熱方式可由主動散熱改為被動散熱，從而可以與電機集成。允許更大的脈衝電流，實現輸出功率跳檔，提升效率。

(c) 英飛凌推出的SMD封裝的SiC MOSFET從30mohm到350mohm，可實現強制風冷條件下1Kw~9kW，自然冷卻條件下400W~3kW的系列化設計