使用SiC 功率堆棧參考設(shè)計(jì)，來加速電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的開發(fā)

電動(dòng)汽車和可再生能源系統(tǒng)的電源管理解決方案必須降低性能和成本，同時(shí)還要縮短開發(fā)時(shí)間。電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)師(EV)、商業(yè)運(yùn)輸、可再生能源和存儲(chǔ)系統(tǒng)現(xiàn)在可以極大地受益于碳化硅堆棧解決方案，該解決方案可提高性能并降低成本，同時(shí)將上市時(shí)間縮短最多六個(gè)月。由于 Microchip Technology 與 Mersen 之間簽署的合作協(xié)議，Mersen 成為可能，Mersen 是一家全球電源管理解決方案提供商，服務(wù)于包括電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)。美爾森的 150 千伏安 (kVA) 三相碳化硅功率堆棧參考設(shè)計(jì)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了完整、緊湊、高功率的碳化硅解決方案，無需單獨(dú)的設(shè)備采購、測試和鑒定。

參考設(shè)計(jì)

參考設(shè)計(jì)包括 Microchip 的 SiC 電源模塊和數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器，以及 Mersen 的匯流條、保險(xiǎn)絲、電容器和熱管理，集成在一個(gè)高性能堆棧參考設(shè)計(jì)中?；?Microchip 的 1200V MSCSM120AM042CD3AG 碳化硅 MOSFET 和 AgileSwitch 2ASC-12A1HP 數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器，該參考設(shè)計(jì)使工程師能夠使用為其應(yīng)用預(yù)先設(shè)計(jì)的套件快速開發(fā)高壓系統(tǒng)——將上市時(shí)間最多縮短六個(gè)月。

“我們與 Merson 所做的就是我所說的一切電氣化的一個(gè)很好的例子。它類似于物聯(lián)網(wǎng)，其中一切都以數(shù)字方式連接，但現(xiàn)在我們看到一切都以電力方式連接，”Microchip 產(chǎn)品營銷技術(shù)主管工程師 Perry Schugart 說。

針對(duì)電動(dòng)汽車應(yīng)用的電源解決方案變得越來越緊湊，并且有更高的性能需求。能夠?qū)⑺羞@些功能集成到一個(gè)封裝中，使該參考設(shè)計(jì)成為一個(gè)一體化評(píng)估系統(tǒng)，可幫助設(shè)計(jì)人員避免采購單個(gè)零件，通過可靠性降低風(fēng)險(xiǎn)，并幫助縮短上市時(shí)間。

功率堆棧參考設(shè)計(jì)提供 16 千瓦每升 (kW/l) 的功率密度、在 130°C 的結(jié)溫Tj下的 98% 峰值效率和高達(dá) 20 千赫 (kHz) 的開關(guān)頻率。基于 Microchip 的 SiC MOSFET 和 AgileSwitch 系列可配置數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器，該參考設(shè)計(jì)允許設(shè)計(jì)人員從 700V 和 1200V 選項(xiàng)中進(jìn)行選擇，電流高達(dá) 750A。

Microchip 還提供模塊結(jié)構(gòu)選擇，包括底板材料、直接鍵合銅 (DBC) 陶瓷材料和芯片貼裝方法。Microchip 的內(nèi)部碳化硅管芯生產(chǎn)與低電感功率封裝相結(jié)合，能夠制造出高效、緊湊和可靠的最終產(chǎn)品。

“如果我們采用高性能裸片，并將其放入現(xiàn)有封裝中，寄生電感會(huì)消耗該裸片的性能。但如果我們優(yōu)化封裝，使那些寄生電感低得多，我們就可以更努力地推動(dòng)芯片?！盤erry Schugart 說。

Microchip 還是集成電源解決方案的供應(yīng)商，與客戶合作提供更高級(jí)別的集成，以滿足他們的特定需求。在這個(gè)領(lǐng)域，Microchip 的最大差異化因素是可配置的數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器。由于碳化硅可以以非常高的頻率開關(guān)，因此我們需要一種適當(dāng)?shù)姆椒▉眚?qū)動(dòng) SiC MOSFET。

“這是我們真正需要一種更好的開門方式的地方。我們的數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器允許您調(diào)制米勒平臺(tái)周圍的柵極電荷，這樣您就可以消除電路中出現(xiàn)問題的一些過壓或振鈴”，Perry Schugart 說。

Microchip 的新一代柵極驅(qū)動(dòng)器允許您在打開和關(guān)閉時(shí)執(zhí)行他們所謂的增強(qiáng)開關(guān)。根據(jù) Schugart 的說法，如果我們拿一個(gè)設(shè)備并用模擬驅(qū)動(dòng)器將其關(guān)閉，我們可能會(huì)遇到相當(dāng)多的過電壓。然而，通過使用階梯式方法，可以將該過壓從超過 750V 降至低于 715V。這種技術(shù)允許您定制碳化硅器件的性能，而不會(huì)降低它的速度。通過步進(jìn)電壓，不僅可以降低電壓過沖，還可以降低關(guān)斷能量。正如 Schugart 所說，如果我們能夠降低半導(dǎo)體器件上的電壓應(yīng)力和熱應(yīng)力，就可以提高其長期可靠性。

“柵極驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)并非易事。做這件事需要相當(dāng)多的專業(yè)知識(shí)和相當(dāng)多的知識(shí)。我們將數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器集成到電源參考設(shè)計(jì)中的想法使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑿略O(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)推向市場至少節(jié)省六個(gè)月，”Perry Schugart 說。

在應(yīng)用方面，電源組參考設(shè)計(jì)可用于任何類型的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，例如 AC-DC、DC-DC 或 DC-AC。它適用于許多不同的應(yīng)用，例如儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車和充電器。如今，充電開始大功率化，之前的單相充電器，現(xiàn)在要變成三相充電器，適用于卡車、大巴等車輛等大型車輛。

Microchip 的智能配置工具 (ICT) 支持 AgileSwitch 2ASC-12A1HP 1200V 雙通道數(shù)字柵極驅(qū)動(dòng)器和下一代 2ASC-12A2HP，該開發(fā)工具允許工程師配置相關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，包括柵極開關(guān)配置文件、系統(tǒng)關(guān)鍵監(jiān)視器和控制器接口設(shè)置?？擅赓M(fèi)下載的 ICT 工具可幫助用戶節(jié)省開發(fā)時(shí)間。

除了 Mersen 的電源堆棧參考設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品外，Microchip 還是其他碳化硅電源解決方案的供應(yīng)商，包括 650V 至 1700V 的 MOSFET 和肖特基勢壘二極管系列，提供裸片和各種分立和多芯片模塊封裝. 這些器件與全面的微控制器 (MCU)、模擬和 MCU 外設(shè)以及通信、無線和安全技術(shù)產(chǎn)品組合完美搭配，為許多應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供經(jīng)過驗(yàn)證的整體系統(tǒng)解決方案。

“我們非常靈活，會(huì)關(guān)注客戶的需求。我們希望將碳化硅推向最高性能水平，通過使用我們的開發(fā)工具包，客戶可以更快地進(jìn)入市場，從而使他們能夠更快地開始收入流，”Perry Schugart 說。