Эффективность и надежность источников питания с коммутаторным режимом (SMPS) делают их особенно подходящими для таких приложений, как зарядные станции для электромобилей (EV), солнечные инверторы,и промышленные двигателиОднако из-за необходимости более высокого рабочего напряжения и тока, меньшей проводимости и теплопотери и более компактного внешнего вида,дизайнеры должны использовать передовую технологию MOSFET карбида кремния (SiC)Эта технология должна быть тщательно объединена с MOS закрытыми тиристорами и быстро восстанавливающимися мостовыми выпрямителями для создания наилучшей системы преобразования мощности.
В этой статье используются зарядные станции для электромобилей в качестве примера для описания требований SMPS. Затем были введены SiC MOSFET IXYS/Litelfuse, изучены их характеристики,и как различные технологии устройств (каждый оптимизирован для конкретных функций цепи) были объединены для создания более эффективной и компактной системы преобразования мощности.
Обзор современных SMPS с использованием быстрых общественных станций зарядки электромобилей в качестве примера
Эффективность является отличительной чертой SMPS, но современные высокомощные приложения подталкивают эти конструкции к новым крайностям.,Потеря эффективности на 1% эквивалентна трате 3,5 киловатт энергии, что значительно увеличивает эксплуатационные затраты и тепловые нагрузки.
Высокопроизводительные SiC MOSFET являются ключевым элементом для достижения более высокой эффективности.позволяет использовать меньшие пассивные компоненты и уменьшает потери при преобразованииК сожалению, эти факторы также делают SiC MOSFET восприимчивыми к переходным перепадам напряжения.
Кроме того, SiC MOSFET не является оптимальным решением для каждой части трехуровневой зарядной станции.сетевая связьДаже если основной путь зарядки прерывается, эти системы должны оставаться в рабочем состоянии.
Необходимо понять требования к каждой части станции быстрой зарядки постоянного тока и тщательно выбрать соответствующую технологию оборудования.
Использование низкого сопротивления SiC MOSFET для достижения высокомощного преобразования DC-DC
Степень преобразования постоянного тока в постоянный ток 3-уровневой станции быстрой зарядки демонстрирует проблемы, с которыми сталкивается современный дизайн SMPS.на этом этапе традиционно требуется использование высоковольтных кремниевых изолированных биполярных транзисторов (IGBT) или высоковольтных карбидных кремниевых MOSFETОба метода приводят к потере эффективности: IGBT имеет высокие потери переключения, в то время как некоторые ранние SiC MOSFET имеют относительно высокие потери проводимости.сопротивление (RDS (ON)) некоторых ранних высоковольтных SiC MOSFET составляло около 100 м Ω.
Серия Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET обеспечивает убедительное решение этой проблемы. Эта серия продуктов имеет блокирующее напряжение до 1200 вольт и RDS (ON) до 18 м Ω.Эта характеристика низкого сопротивления может минимизировать потери проводимости и достичь отличных тепловых характеристик.
Эти устройства упакованы в изолированную керамику с изоляционным напряжением 2500 VAC (1 минута).Эта конструкция уменьшает тепловое сопротивление теплоотводу и минимизирует электромагнитные помехи (ЭМИ), минимизируя потерянную емкость теплоотводаВ то же время он принимает знакомый пакет TO-247-3L, что облегчает интеграцию.
Типичным примером является IXSJ43N120R1 (рисунок 1). Номинальный постоянный ток оттока устройства при +25 ° C составляет 45 А, а RDS (ON) - 36 м Ω (типичное значение).Он также имеет низкий заряд ворот 79 nC и входной емкости 2453 pF, что делает его подходящим для конструкций с меньшими магнитами.
Литтлфуз IXSJ43N120R1 1200 В SiC MOSFET изображение
Рисунок 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET использует изолированный пакет TO-247-3L с номинальным непрерывным током оттока 45 A и RDS (ON) 36 m Ω (типичное значение) при +25 ° C. (Изображение:Маленький фейсбук)
Серия IXSJxxN120R1 уменьшает потери проводимости при сохранении возможности блокировки высокого напряжения, что позволяет конструкторам упростить топологию преобразователя, уменьшить тепловые накладные,и максимизировать общую эффективность системы.
Минимизировать потери переключателя в активной производительности фронта
В других частях станции быстрой зарядки постоянного тока потери переключателя могут быть более значительными, чем у сопротивления.Активный фронт-энд преобразует переменную мощность в постоянную мощность и формирует текущую форму волны для удовлетворения требований коррекции коэффициента мощности (PFC) и гармонического искаженияИз-за зависимости от более высоких частот переключения на этой стадии для минимизации размера индукторов и фильтров, потери переключения играют важную роль в общей эффективности.
Серия LSIC1MO120E SiC MOSFET от Littelfuse была оптимизирована для этих высокочастотных приложений.что делает их очень подходящими для преобразователей повышения ПФК в станциях быстрой зарядки постоянного тока и других сетевых системах.
Например, номинальный непрерывный отводный ток (II) LSIC1MO120E0080 (рисунок 2) при +25 °C составляет 39 A, R (DSON) - 80 m Ω (типичное значение), а энергия переключения на цикл составляет 252 μ J.Расширенный диапазон температуры соединения составляет от -55 ° C до +175 ° C, обеспечивая дополнительный дизайн для наружных установок с большими условиями окружающей среды.