基半第二代SiC碳化硅MOSFET在直流充電樁電源模塊中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的直流充電樁拓?fù)潆娐芬话闶侨嘟涣?80V輸入電壓經(jīng)過PFC維也納 AC/DC電路后，得到直流母線電壓，然后經(jīng)過兩路全橋LLC DC/DC電路，輸出 200V到1000V高壓給新能源汽車充電使用。其中PFC維也納電路AC/DC的開關(guān)頻率 40kHz 左右，一般用使用 650V的超結(jié)MOSFET或者 650V 的IGBT，劣勢是器件多，硬件設(shè)計復(fù)雜，效率低，失效率高。新一代直流充電樁拓?fù)潆娐窌言瓉淼腜FC維也納整流升級為采用第二代SiC碳化硅MOSFET B2M040120Z的三相全橋PFC整流。這樣將大大減少功率器件數(shù)量，簡化控制電路的復(fù)雜性，同時通過提高開關(guān)頻率來降低電感的感量，尺寸和成本。DC/DC全橋LLC部分，升級為采用第二代SiC碳化硅MOSFET B2M040120Z的DC/DC電路，可以從原來的三電平優(yōu)化為兩電平LLC。這樣可以極大簡化拓?fù)潆娐?，減少元器件的數(shù)量，控制和驅(qū)動更加簡單?；诘诙鶶iC碳化硅MOSFET B2M040120Z的高頻特性，可以提高LLC電路的開關(guān)頻率，從而減少磁性器件的尺寸和成本。由于LLC電路是軟開關(guān)工作模式，損耗集中在開關(guān)管的導(dǎo)通損耗上和關(guān)斷損耗上，第二代SiC碳化硅MOSFET B2M040120Z Eoff相對競品更小，在高頻LLC應(yīng)用優(yōu)勢明顯，由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因，流過LLC中SiC碳化硅MOSFET的電流有效值是Si MOSFET電流的一半，所以最終導(dǎo)通損耗大大減小。新一代采用SiC碳化硅MOSFET B2M040120Z的直流充電樁拓?fù)潆娐房梢蕴嵘?.3~0.5%左右的效率。

LLC，移相全橋等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)ZVS主要和Coss、關(guān)斷速度和體二極管壓降等參數(shù)有關(guān)。Coss決定所需諧振電感儲能的大小，值越大越難實(shí)現(xiàn)ZVS；更快的關(guān)斷速度可以減少對儲能電感能量的消耗，影響體二極管的續(xù)流維持時間或者開關(guān)兩端電壓能達(dá)到的最低值；因?yàn)槔m(xù)流期間的主要損耗為體二極管的導(dǎo)通損耗.在這些參數(shù)方面，B2M第二代碳化硅MOSFET跟競品比，B2M第二代碳化硅MOSFET的Coss更小，需要的死區(qū)時間初始電流小；B2M第二代碳化硅MOSFET抗側(cè)向電流觸發(fā)寄生BJT的能力會強(qiáng)一些。B2M第二代碳化硅MOSFET體二極管的Vf和trr 比競品有較多優(yōu)勢，能減少LLC里面Q2的硬關(guān)斷的風(fēng)險。綜合來看，比起競品，LLC，移相全橋應(yīng)用中B2M第二代碳化硅MOSFET表現(xiàn)會更好.

專業(yè)分銷基半全碳化硅MOSFET模塊，Easy封裝全碳化硅MOSFET模塊，62mm封裝全碳化硅MOSFET模塊，F(xiàn)ull SiC Module，SiC MOSFET模塊適用于超級充電樁，V2G充電樁，高壓柔性直流輸電智能電網(wǎng)(HVDC)，空調(diào)熱泵驅(qū)動，機(jī)車輔助電源，儲能變流器PCS,光伏逆變器,超高頻逆變焊機(jī)，超高頻伺服驅(qū)動器，高速電機(jī)變頻器等，光伏逆變器專用直流升壓模塊BOOST Module，儲能PCS變流器ANPC三電平碳化硅MOSFET模塊，光儲碳化硅MOSFET。專業(yè)分銷基半SiC碳化硅MOSFET模塊及分立器件，全力支持中國電力電子工業(yè)發(fā)展！

碳化硅MOSFET具有優(yōu)秀的高頻、高壓、高溫性能，是目前電力電子領(lǐng)域最受關(guān)注的寬禁帶功率半導(dǎo)體器件。在電力電子系統(tǒng)中應(yīng)用碳化硅MOSFET器件替代傳統(tǒng)硅IGBT器件，可提高功率回路開關(guān)頻率，提升系統(tǒng)效率及功率密度，降低系統(tǒng)綜合成本。

基半第二代碳化硅MOSFET系列新品基于6英寸晶圓平臺進(jìn)行開發(fā)，比上一代產(chǎn)品在比導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗以及可靠性等方面表現(xiàn)更為出色。在原有TO-247-3、TO-247-4封裝的產(chǎn)品基礎(chǔ)上，基半還推出了帶有輔助源極的TO-247-4-PLUS、TO-263-7及SOT-227封裝的碳化硅MOSFET器件，以更好地滿足客戶需求。

基半第二代碳化硅MOSFET亮點(diǎn)

更低比導(dǎo)通電阻：第二代碳化硅MOSFET通過綜合優(yōu)化芯片設(shè)計方案，比導(dǎo)通電阻降低約40%，產(chǎn)品性能顯著提升。

更低器件開關(guān)損耗：第二代碳化硅MOSFET器件Qg降低了約60%，開關(guān)損耗降低了約30%。反向傳輸電容Crss降低，提高器件的抗干擾能力，降低器件在串?dāng)_行為下誤導(dǎo)通的風(fēng)險。

更高可靠性：第二代碳化硅MOSFET通過更高標(biāo)準(zhǔn)的HTGB、HTRB和H3TRB可靠性考核，產(chǎn)品可靠性表現(xiàn)出色。

更高工作結(jié)溫：第二代碳化硅MOSFET工作結(jié)溫達(dá)到175°C，提高器件高溫工作能力。

碳化硅 (SiC) MOSFET出色的材料特性使得能夠設(shè)計快速開關(guān)單極興器件，替代升級雙極性 IGBT  （絕緣柵雙極晶體管）開關(guān)。碳化硅 (SiC) MOSFET替代IGBT可以得到更高的效率、更高的開關(guān)頻率、更少的散熱和節(jié)省空間——這些好處反過來也降低了總體系統(tǒng)成本。SiC-MOSFET的Vd-Id特性的導(dǎo)通電阻特性呈線性變化，在低電流時SiC-MOSFET比IGBT具有優(yōu)勢。

與IGBT相比，SiC-MOSFET的開關(guān)損耗可以大幅降低。采用硅 IGBT 的電力電子裝置有時不得不使用三電平拓?fù)鋪韮?yōu)化效率。當(dāng)改用碳化硅 (SiC) MOSFET時，可以使用簡單的兩級拓?fù)洹Ｒ虼怂璧墓β试?shù)量實(shí)際上減少了一半。這不僅可以降低成本，還可以減少可能發(fā)生故障的組件數(shù)量。SiC MOSFET 不斷改進(jìn)，并越來越多地加速替代以 Si IGBT 為主的應(yīng)用。 SiC MOSFET 幾乎可用于目前使用 Si IGBT 的任何需要更高效率和更高工作頻率的應(yīng)用。這些應(yīng)用范圍廣泛，從太陽能和風(fēng)能逆變器和電機(jī)驅(qū)動到感應(yīng)加熱系統(tǒng)和高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

隨著自動化制造、電動汽車、先進(jìn)建筑系統(tǒng)和智能電器等行業(yè)的發(fā)展，對增強(qiáng)這些機(jī)電設(shè)備的控制、效率和功能的需求也在增長。碳化硅 MOSFET (SiC MOSFET) 的突破重新定義了歷史上使用硅 IGBT (Si IGBT) 進(jìn)行功率逆變的電動機(jī)的功能。這項(xiàng)創(chuàng)新擴(kuò)展了幾乎每個行業(yè)的電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的能力。Si IGBT 因其高電流處理能力、快速開關(guān)速度和低成本而歷來用于直流至交流電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用。最重要的是，Si IGBT 具有高額定電壓、低電壓降、低電導(dǎo)損耗和熱阻抗，使其成為制造系統(tǒng)等高功率電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的明顯選擇。然而，Si IGBT 的一個顯著缺點(diǎn)是它們非常容易受到熱失控的影響。當(dāng)器件溫度不受控制地升高時，就會發(fā)生熱失控，導(dǎo)致器件發(fā)生故障并最終失效。在高電流、電壓和工作條件常見的電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中，例如電動汽車或制造業(yè)，熱失控可能是一個重大的設(shè)計風(fēng)險。

電力電子轉(zhuǎn)換器提高開關(guān)頻率一直是研發(fā)索所追求的方向，因?yàn)橄嚓P(guān)組件（特別是磁性元件）可以更小，從而產(chǎn)生小型化優(yōu)勢并節(jié)省成本。然而，所有器件的開關(guān)損耗都與頻率成正比。IGBT 由于“拖尾電流”以及較高的門極電容的充電/放電造成的功率損耗，IGBT 很少在 20KHz 以上運(yùn)行。SiC MOSFET在更快的開關(guān)速度和更低的功率損耗方面提供了巨大的優(yōu)勢。IGBT 經(jīng)過多年的高度改進(jìn)，使得實(shí)現(xiàn)性能顯著改進(jìn)變得越來越具有挑戰(zhàn)性。例如，很難降低總體功率損耗，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的 IGBT 設(shè)計中，降低傳導(dǎo)損耗通常會導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。

作為應(yīng)對這一設(shè)計挑戰(zhàn)的解決方案，SiC MOSFET 具有更強(qiáng)的抗熱失控能力。碳化硅 的導(dǎo)熱性更好，可以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)備級散熱和穩(wěn)定的工作溫度。SiC MOSFET 更適合較溫暖的環(huán)境條件空間，例如汽車和工業(yè)應(yīng)用。此外，鑒于其導(dǎo)熱性，SiC MOSFET 可以消除對額外冷卻系統(tǒng)的需求，從而有可能減小總體系統(tǒng)尺寸并降低系統(tǒng)成本。

由于 SiC MOSFET 的工作開關(guān)頻率比 Si IGBT 高得多，因此它們非常適合需要精確電機(jī)控制的應(yīng)用。高開關(guān)頻率在自動化制造中至關(guān)重要，高精度伺服電機(jī)用于工具臂控制、精密焊接和精確物體放置。此外，與 Si IGBT 電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)相比，SiC MOSFET 的一個顯著優(yōu)勢是它們能夠嵌入電機(jī)組件中，電機(jī)控制器和逆變器嵌入與電機(jī)相同的外殼內(nèi)。使用SiC MOSFET 作為變頻器或者伺服驅(qū)動功率開關(guān)器件的另一個優(yōu)點(diǎn)是，由于 MOSFET 的線性損耗與負(fù)載電流的關(guān)系，它可以在所有功率級別保持效率曲線“平坦”。SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動器的柵極電阻的選擇是為了首先避免使用外部輸出濾波器，以保護(hù)電機(jī)免受高 dv/dt 的影響（只有電機(jī)電纜長度才會衰減 dv/dt）。 SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動器相較于IGBT變頻伺服驅(qū)動器在高開關(guān)頻率下的巨大效率優(yōu)越性.

盡管 SiC MOSFET 本身成本較高，但某些應(yīng)用可能會看到整個電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的價格下降（通過減少布線、無源元件、熱管理等），并且與 Si IGBT 系統(tǒng)相比總體上可能更便宜。這種成本節(jié)省可能需要在兩個應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計和成本研究分析，但可能會提高效率并節(jié)省成本。基于 SiC 的逆變器使電壓高達(dá) 800 V 的電氣系統(tǒng)能夠顯著延長電動汽車?yán)m(xù)航里程并將充電時間縮短一半。

碳化硅 (SiC) MOSFET功率半導(dǎo)體技術(shù)代表了電力電子領(lǐng)域的根本性變革。SiC MOSFET 的價格比 Si MOSFET 或 Si IGBT 貴。然而，在評估碳化硅 (SiC) MOSFET提供的整體電力電子系統(tǒng)價值時，需要考慮整個電力電子系統(tǒng)和節(jié)能潛力。需要仔細(xì)考慮以下電力電子系統(tǒng)節(jié)?。?第一降低無源元件成本，無源功率元件的成本在總體BOM成本中占主導(dǎo)地位。提高開關(guān)頻率提供了一種減小這些器件的尺寸和成本的方法。 第二降低散熱要求，使用碳化硅 (SiC) MOSFET可顯著降低散熱器溫度高達(dá) 50%，從而縮小散熱器尺寸和/或消除風(fēng)扇，從而降低設(shè)備生命周期內(nèi)的能源成本。 通常的誘惑是在計算價值主張時僅考慮系統(tǒng)的組件和制造成本。在考慮碳化硅 (SiC) MOSFET的在電力電子系統(tǒng)里的價值時，考慮節(jié)能非常重要。在電力電子設(shè)備的整個生命周期內(nèi)節(jié)省能源成本是碳化硅 (SiC) MOSFET價值主張的一個重要部分。