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第二代SiC碳化硅MOSFET在OBC中的應(yīng)用

   日期:2024-01-16 07:44     瀏覽:1905    評(píng)論:0    
核心提示:第二代SiC碳化硅MOSFET在OBC中的應(yīng)用
 國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)基本™B2M第二代SiC碳化硅MOSFET在OBC中的應(yīng)用-傾佳電子(Changer Tech)專(zhuān)業(yè)分銷(xiāo)
 
適用于新能源汽車(chē)OBC的國(guó)產(chǎn)高可靠性碳化硅(SiC)MOSFET-傾佳電子(Changer Tech)專(zhuān)業(yè)分銷(xiāo)
 
傾佳電子(Changer Tech)致力于國(guó)產(chǎn)碳化硅(SiC)MOSFET功率器件在電力電子市場(chǎng)的推廣!Changer Tech-Authorized Distributor of BASiC Semiconductor which committed to the promotion of BASiC™ silicon carbide (SiC) MOSFET power devices in the power electronics market!
 
 
基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET兩大主要特色:
1.出類(lèi)拔萃的可靠性:相對(duì)競(jìng)品較為充足的設(shè)計(jì)余量來(lái)確保大規(guī)模制造時(shí)的器件可靠性。
基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET 1200V系列擊穿電壓BV值實(shí)測(cè)在1700V左右,高于市面主流競(jìng)品,擊穿電壓BV設(shè)計(jì)余量可以抵御碳化硅襯底外延材料及晶圓流片制程的擺動(dòng),能夠確保大批量制造時(shí)的器件可靠性,這是基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET最關(guān)鍵的品質(zhì). 基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET雪崩耐量裕量相對(duì)較高,也增強(qiáng)了在電力電子系統(tǒng)應(yīng)用中的可靠性。
2.可圈可點(diǎn)的器件性能:同規(guī)格較小的Crss帶來(lái)出色的開(kāi)關(guān)性能。
基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET反向傳輸電容Crss 在市面主流競(jìng)品中是比較小的,帶來(lái)關(guān)斷損耗Eoff也是市面主流產(chǎn)品中非常出色的,優(yōu)于部分海外競(jìng)品,特別適用于LLC應(yīng)用,典型應(yīng)用如充電樁電源模塊后級(jí)DC-DC應(yīng)用。
 
Ciss:輸入電容(Ciss=Cgd+Cgs) ⇒柵極-漏極和柵極-源極電容之和:它影響延遲時(shí)間;Ciss越大,延遲時(shí)間越長(zhǎng)?;?trade;(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET 優(yōu)于主流競(jìng)品。
Crss:反向傳輸電容(Crss=Cgd) ⇒柵極-漏極電容:Crss越小,漏極電流上升特性越好,這有利于MOSFET的損耗,在開(kāi)關(guān)過(guò)程中對(duì)切換時(shí)間起決定作用,高速驅(qū)動(dòng)需要低Crss。
Coss:輸出電容(Coss=Cgd+Cds)⇒柵極-漏極和漏極-源極電容之和:它影響關(guān)斷特性和輕載時(shí)的損耗。如果Coss較大,關(guān)斷dv/dt減小,這有利于噪聲。但輕載時(shí)的損耗增加。
 
基本™B2M第二代碳化硅MOSFET器件主要特色:
• 比導(dǎo)通電阻降低40%左右
• Qg降低了60%左右
• 開(kāi)關(guān)損耗降低了約30%
• 降低Coss參數(shù),更適合軟開(kāi)關(guān)
• 降低Crss,及提高Ciss/Crss比值,降低器件在串?dāng)_行為下誤導(dǎo)通風(fēng)險(xiǎn)
• 最大工作結(jié)溫175℃• HTRB、 HTGB+、 HTGB-可靠性按結(jié)溫Tj=175℃通過(guò)測(cè)試
• 優(yōu)化柵氧工藝,提高可靠性
• 高可靠性鈍化工藝
• 優(yōu)化終端環(huán)設(shè)計(jì),降低高溫漏電流
• AEC-Q101
 
車(chē)載充電機(jī)(On-Board Changer,簡(jiǎn)稱(chēng)為OBC)的基本™功能是:電網(wǎng)電壓經(jīng)由地面交流充電樁、交流充電口,連接至車(chē)載充電機(jī),給車(chē)載動(dòng)力電池進(jìn)行慢速充電。
基本™第二代SiC碳化硅MOSFET功率器件具有高頻高效的特點(diǎn),在OBC上使用碳化硅功率器件對(duì)于提升OBC的效率和功率密度有較大幫助。
OBC車(chē)載充電機(jī)一般為兩級(jí)電路,前級(jí)為PFC(Power Factor Correction)級(jí),即功率因數(shù)校正環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)交流電壓變?yōu)橹绷麟妷海冶WC輸入交流電流與輸入交流電壓同相位,根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)功率需求的不同,可采用多級(jí)Boost電路并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容;后級(jí)為DC/DC級(jí),實(shí)現(xiàn)PFC級(jí)輸出直流電壓變?yōu)樗璩潆婋妷?,?shí)現(xiàn)恒流/恒壓充電功能,并保證交流高壓側(cè)與直流高壓側(cè)的電氣絕緣,同樣地,根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)功率需求的不同,可采用多級(jí)DC/DC電路并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容。另外,比較常見(jiàn)的DC/DC級(jí)電路拓?fù)溆幸葡嗳珮蚝蚅LC兩種。雙向OBC在先天上就可以實(shí)現(xiàn)比單向設(shè)計(jì)更高的效率。單向DC/DC模塊采用 PFC 二極管,而單向 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器可通過(guò)二極管橋完成輸出整流。單相雙向 OBC 的典型框架 — 全橋整流器被低損耗基本™第二代SiC碳化硅MOSFET B2M040120R所取代,從而消除整流二極管正向壓降造成的損耗。這反過(guò)來(lái)可以降低功耗,從而簡(jiǎn)化熱管理要求?;?trade;第二代SiC碳化硅MOSFET B2M040120R器件的綜合性能可減少所需元件的數(shù)量,從而降低電路元件成本以滿(mǎn)足支持各種功率器件功能的要求。
 
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(chǔ)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(duì)儲(chǔ)能電感能量的消耗,影響體二極管的續(xù)流維持時(shí)間或者開(kāi)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(jìng)品比,B2M第二代碳化硅MOSFET的Coss更小,需要的死區(qū)時(shí)間初始電流??;B2M第二代碳化硅MOSFET抗側(cè)向電流觸發(fā)寄生BJT的能力會(huì)強(qiáng)一些。B2M第二代碳化硅MOSFET體二極管的Vf和trr 比競(jìng)品有較多優(yōu)勢(shì),能減少LLC里面Q2的硬關(guān)斷的風(fēng)險(xiǎn)。綜合來(lái)看,比起競(jìng)品,LLC,移相全橋應(yīng)用中B2M第二代碳化硅MOSFET表現(xiàn)會(huì)更好.
 
傾佳電子(Changer Tech)專(zhuān)業(yè)分銷(xiāo)國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)碳化硅(SiC)MOSFET,國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)AEC-Q101碳化硅(SiC)MOSFET,國(guó)產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)PPAP碳化硅(SiC)MOSFET,基本™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(jí)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(dòng),機(jī)車(chē)輔助電源,儲(chǔ)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(dòng)器,高速電機(jī)變頻器等,光伏逆變器專(zhuān)用直流升壓模塊BOOST Module,儲(chǔ)能PCS變流器ANPC三電平碳化硅MOSFET模塊,光儲(chǔ)碳化硅MOSFET。專(zhuān)業(yè)分銷(xiāo)基本™SiC碳化硅MOSFET模塊及分立器件,全力支持中國(guó)電力電子工業(yè)發(fā)展!
 
汽車(chē)級(jí)全碳化硅功率模塊是基本™(BASiC Semiconductor)為新能源汽車(chē)主逆變器應(yīng)用需求而研發(fā)推出的系列MOSFET功率模塊產(chǎn)品,包括Pcore™6‍汽車(chē)級(jí)HPD模塊、‍Pcore™2‍汽車(chē)級(jí)DCM模塊、‍Pcore™1‍汽車(chē)級(jí)TPAK模塊、Pcore™2‍汽車(chē)級(jí)ED3模塊等,采用銀燒結(jié)技術(shù)等基本™(BASiC Semiconductor)最新的碳化硅 MOSFET 設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝,綜合性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,通過(guò)提升動(dòng)力系統(tǒng)逆變器的轉(zhuǎn)換效率,進(jìn)而提高新能源汽車(chē)的能源效率和續(xù)航里程。主要產(chǎn)品規(guī)格有:BMS800R12HWC4_B02,BMS600R12HWC4_B01,BMS950R12HWC4_B02,BMS700R12HWC4_B01,BMS800R12HLWC4_B02,BMS600R12HLWC4_B01,BMS950R12HLWC4_B02,BMS700R12HLWC4_B01,BMF800R12FC4,BMF600R12FC4,BMF950R08FC4,BMF700R08FC4,BMZ200R12TC4,BMZ250R08TC4
 
傾佳電子(Changer Tech)專(zhuān)業(yè)分銷(xiāo)基本™(BASiC Semiconductor)碳化硅(SiC)MOSFET專(zhuān)用雙通道隔離驅(qū)動(dòng)芯片BTD25350,原方帶死區(qū)時(shí)間設(shè)置,副方帶米勒鉗位功能,為碳化硅功率器件SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)而優(yōu)化。
BTD25350適用于以下碳化硅功率器件應(yīng)用場(chǎng)景:
充電樁中后級(jí)LLC用SiC MOSFET 方案
光伏儲(chǔ)能BUCK-BOOST中SiC MOSFET方案
高頻APF,用兩電平的三相全橋SiC MOSFET方案
空調(diào)壓縮機(jī)三相全橋SiC MOSFET方案
OBC后級(jí)LLC中的SIC MOSFET方案
服務(wù)器交流側(cè)圖騰柱PFC高頻臂GaN或者SiC方案 
 
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(kāi)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。
 
基本™第二代碳化硅MOSFET系列新品基于6英寸晶圓平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā),比上一代產(chǎn)品在比導(dǎo)通電阻、開(kāi)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,基本™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(mǎn)足客戶(hù)需求。
 
基本™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(guò)綜合優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)損耗:第二代碳化硅MOSFET器件Qg降低了約60%,開(kāi)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(xiǎn)。
 
更高可靠性:第二代碳化硅MOSFET通過(guò)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(jì)快速開(kāi)關(guān)單極型器件,替代升級(jí)雙極型 IGBT  (絕緣柵雙極晶體管)開(kāi)關(guān)。碳化硅 (SiC) MOSFET替代IGBT可以得到更高的效率、更高的開(kāi)關(guān)頻率、更少的散熱和節(jié)省空間——這些好處反過(guò)來(lái)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(xiàn)性變化,在低電流時(shí)SiC-MOSFET比IGBT具有優(yōu)勢(shì)。
與IGBT相比,SiC-MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗可以大幅降低。采用硅 IGBT 的電力電子裝置有時(shí)不得不使用三電平拓?fù)鋪?lái)優(yōu)化效率。當(dāng)改用碳化硅 (SiC) MOSFET時(shí),可以使用簡(jiǎn)單的兩級(jí)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(lái)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(yáng)能和風(fēng)能逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)到感應(yīng)加熱系統(tǒng)和高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。
 
隨著自動(dòng)化制造、電動(dòng)汽車(chē)、先進(jìn)建筑系統(tǒng)和智能電器等行業(yè)的發(fā)展,對(duì)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(zhǎng)。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(dòng)機(jī)的功能。這項(xiàng)創(chuàng)新擴(kuò)展了幾乎每個(gè)行業(yè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的能力。Si IGBT 因其高電流處理能力、快速開(kāi)關(guān)速度和低成本而歷來(lái)用于直流至交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)應(yīng)用的明顯選擇。然而,Si IGBT 的一個(gè)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(shí),就會(huì)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(jiàn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中,例如電動(dòng)汽車(chē)或制造業(yè),熱失控可能是一個(gè)重大的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
 
電力電子轉(zhuǎn)換器提高開(kāi)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(shì)并節(jié)省成本。然而,所有器件的開(kāi)關(guān)損耗都與頻率成正比。IGBT 由于“拖尾電流”以及較高的門(mén)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(kāi)關(guān)速度和更低的功率損耗方面提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。IGBT 經(jīng)過(guò)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(lái)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(jì)中,降低傳導(dǎo)損耗通常會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗增加。
 
作為應(yīng)對(duì)這一設(shè)計(jì)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(jí)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(chē)和工業(yè)應(yīng)用。此外,鑒于其導(dǎo)熱性,SiC MOSFET 可以消除對(duì)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(kāi)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(kāi)關(guān)頻率在自動(dòng)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(dòng)器系統(tǒng)相比,SiC MOSFET 的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)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(dòng)功率開(kāi)關(guān)器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,由于 MOSFET 的線(xiàn)性損耗與負(fù)載電流的關(guān)系,它可以在所有功率級(jí)別保持效率曲線(xiàn)“平坦”。SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)度才會(huì)衰減 dv/dt)。 SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動(dòng)器相較于IGBT變頻伺服驅(qū)動(dòng)器在高開(kāi)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(huì)看到整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的價(jià)格下降(通過(guò)減少布線(xiàn)、無(wú)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(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)和成本研究分析,但可能會(huì)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(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程并將充電時(shí)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(jià)格比 Si MOSFET 或 Si IGBT 貴。然而,在評(píng)估碳化硅 (SiC) MOSFET提供的整體電力電子系統(tǒng)價(jià)值時(shí),需要考慮整個(gè)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(wú)源元件成本,無(wú)源功率元件的成本在總體BOM成本中占主導(dǎo)地位。提高開(kāi)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(jì)算價(jià)值主張時(shí)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(jià)值時(shí),考慮節(jié)能非常重要。在電力電子設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)節(jié)省能源成本是碳化硅 (SiC) MOSFET價(jià)值主張的一個(gè)重要部分。
 
 
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