關(guān)于SiC在電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)的應(yīng)用
SiC晶體管幾乎適用于任何開(kāi)關(guān)模式電源,它們的優(yōu)越特性使其在汽車(chē)電氣系統(tǒng)中更為明顯,比如具有功率因數(shù)校正(PFC)的AC-DC電源,DC-DC轉(zhuǎn)換器,車(chē)載充電器(OBC),逆變器,LiDAR以及用于全電動(dòng)或自動(dòng)駕駛車(chē)輛的電路。
一些非汽車(chē)應(yīng)用包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,光伏(PV)逆變器,PV充電器,不間斷電源(UPS)以及網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器電源。所有這些應(yīng)用都可以從SiC設(shè)計(jì)帶來(lái)的更高效率中受益。
SiC優(yōu)勢(shì)
電源設(shè)計(jì)的工程師已經(jīng)意識(shí)到SiC晶體管確實(shí)是新開(kāi)關(guān)模式設(shè)計(jì)的最佳選擇,雖然它們可能比替代品貴一點(diǎn),但它們提供了更多優(yōu)勢(shì)。以下是SiC與MOSFET和IGBT相比的優(yōu)勢(shì):
高耐壓。大多數(shù)SiC器件都能夠處理650至1700 V的電壓,在高壓應(yīng)用中,它們可以替代某些IGBT。
具有可處理超過(guò)100 A的版本的高電流能力。
切換速度更快,速度高達(dá)1 MHz。
超低導(dǎo)通電阻,最高數(shù)百毫歐。
更好的導(dǎo)熱性,這意味著對(duì)于給定的功耗,溫度上升最小。
更低的關(guān)斷損耗,更低的導(dǎo)通損耗和更低的柵極電荷。
較小的物理尺寸。
符合AEC-Q101的汽車(chē)級(jí)認(rèn)證。
典型設(shè)備
圖1:安森美半導(dǎo)體的SiC FET采用TO-247封裝。
安森美的SiC MOSFET是安森美半導(dǎo)體的NTHl080N120SC1(圖1)。主要功能包括:
最大漏源電壓為1200 V.
最大連續(xù)電流為31至44 A,具體取決于環(huán)境溫度。
典型導(dǎo)通電阻<110mΩ。
建議柵極 - 源極電壓為-5至+20 V.
功耗為58至348 W,具體取決于環(huán)境溫度。
TO-247包裝。
使用SiC進(jìn)行設(shè)計(jì)
使用SiC晶體管進(jìn)行設(shè)計(jì)與使用傳統(tǒng)硅MOSFET和IGBT進(jìn)行設(shè)計(jì)不同。主要區(qū)別與門(mén)驅(qū)動(dòng)的要求有關(guān)。使用標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型MOSFET時(shí),您可以放心,當(dāng)超過(guò)柵極閾值電壓(VTH)時(shí),MOSFET完全導(dǎo)通。 VTH的范圍從幾伏到最大約10V。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET,柵極 - 源極閾值VTH必須在20 V范圍內(nèi),以確保在源極和漏極之間建立良好的電流通道。但那還不是全部。要關(guān)閉器件,柵極上需要-3到-10 V的負(fù)電壓。早期,SiC的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)都采用分立元件搭配,現(xiàn)在已經(jīng)變成了集成IC。
安森美半導(dǎo)體的NCP51705就是一款通用驅(qū)動(dòng)IC,可搭配安森美或其他品牌的SiC器件,該驅(qū)動(dòng)器提供分離的輸出級(jí),可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的開(kāi)啟和關(guān)閉調(diào)節(jié)。源和接收能力為6 A。
NCP51705還提供5V的電源軌,可以為光隔離器等外部電路供電。IC的保護(hù)功能包括了偏置的欠壓鎖定監(jiān)控和基于驅(qū)動(dòng)器結(jié)溫的熱關(guān)斷功能。
汽車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)例
電動(dòng)汽車(chē)(EV)和混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)需要高壓交流轉(zhuǎn)直流和輔助電池的OBC。圖2顯示了這種系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖。標(biāo)準(zhǔn)橋式整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓,經(jīng)過(guò)功率因數(shù)校正。全橋DC-DC轉(zhuǎn)換器為諧振反激式轉(zhuǎn)換器提供輸入,該轉(zhuǎn)換器將電壓調(diào)節(jié)至更高水平,并將其整流為為主電池充電的最終直流電。當(dāng)前的電池電壓在300至900V范圍內(nèi),單獨(dú)的電路產(chǎn)生低電壓(12 V或48 V),為用于所有其他電氣和電子組件的電池充電,例如車(chē)輛照明和信息娛樂(lè)。
圖2:這種簡(jiǎn)化的板載充電器利用SiC器件來(lái)提高效率,可同時(shí)處理高電壓和電流。
驅(qū)動(dòng)主車(chē)輛電機(jī)的EV中的直流 - 交流逆變器也是SiC的應(yīng)用領(lǐng)域?,F(xiàn)在在許多設(shè)計(jì)使用IGBT,如圖3所示,也可以用SiC器件代替。
3. EV電機(jī)驅(qū)動(dòng)器逆變器中使用的IGBT現(xiàn)在可以用SiC MOSFET取代。
PFC和DC-DC轉(zhuǎn)換器是SiC應(yīng)用的主要目標(biāo),因?yàn)樗鼈兙哂懈唠妷?,高電流和高速開(kāi)關(guān)能力。