Η αποτελεσματικότητα και η ανθεκτικότητα των τροφοδοτήσεων ηλεκτρικής ενέργειας με διακόπτη (SMPS) τις καθιστούν ιδιαίτερα κατάλληλες για εφαρμογές όπως σταθμοί φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (EV), ηλιακοί μετατροπείς,και βιομηχανικές κινητήρεςΩστόσο, λόγω της ανάγκης για υψηλότερη τάση και ρεύμα λειτουργίας, χαμηλότερη αγωγιμότητα και θερμική απώλεια, και μια πιο συμπαγή εμφάνιση, η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ενός νέου ηλεκτρικού συστήματος.οι σχεδιαστές πρέπει να υιοθετήσουν προηγμένη τεχνολογία MOSFET καρβιδίου του πυριτίου (SiC)Η τεχνολογία αυτή πρέπει να συνδυάζεται προσεκτικά με τους θρυλιστές με πύλη MOS και τους ευθυγραμμιστές γέφυρας γρήγορης ανάκτησης για να δημιουργηθεί το καλύτερο σύστημα μετατροπής ισχύος.
Το άρθρο αυτό χρησιμοποιεί σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων ως παράδειγμα για να περιγράψει τις απαιτήσεις του SMPS.και πώς οι διάφορες τεχνολογίες συσκευών (κάθε μία βελτιστοποιημένη για συγκεκριμένες λειτουργίες κυκλώματος) συνδυάστηκαν για να δημιουργήσουν ένα πιο αποτελεσματικό και συμπαγές σύστημα μετατροπής ισχύος.
Επισκόπηση των σύγχρονων SMPS που χρησιμοποιούν ταχεία δημόσια σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων ως παράδειγμα
Η αποτελεσματικότητα είναι ένα χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό των SMPS, αλλά οι σύγχρονες εφαρμογές υψηλής ισχύος ωθούν αυτά τα σχέδια σε νέα άκρα.,Η απώλεια απόδοσης 1% ισοδυναμεί με σπατάλη 3,5 κιλοβατ ισχύος, αυξάνοντας σημαντικά το λειτουργικό κόστος και τα θερμικά φορτία.
Τα υψηλής απόδοσης SiC MOSFET είναι ο πυρήνας για την επίτευξη υψηλότερης απόδοσης.επιτρέποντας τη χρήση μικρότερων παθητικών εξαρτημάτων και μειώνοντας τις απώλειες μετατροπήςΔυστυχώς, αυτοί οι παράγοντες καθιστούν επίσης τα MOSFET SiC ευαίσθητα σε παροδικές αυξήσεις τάσης. Ως εκ τούτου, ο αποτελεσματικός σχεδιασμός απαιτεί συχνά πιο προηγμένα συστήματα προστασίας.
Επιπλέον, το SiC MOSFET δεν είναι η βέλτιστη λύση για κάθε μέρος ενός σταθμού φόρτισης τριών επιπέδων.επικοινωνία δικτύουΣε αυτή την περίπτωση, οι συσκευές διόδου πυριτίου (Si) υψηλής αξιοπιστίας μπορεί να είναι μια καλύτερη επιλογή.
Είναι απαραίτητο να κατανοηθούν οι απαιτήσεις κάθε μέρους του σταθμού ταχείας φόρτισης συνεχούς ρεύματος και να επιλεγεί προσεκτικά η κατάλληλη τεχνολογία εξοπλισμού.
Χρησιμοποιώντας χαμηλής αντίστασης SiC MOSFET για την επίτευξη μετατροπής υψηλής ισχύος DC-DC
Το στάδιο μετατροπής DC-DC του σταθμού ταχείας φόρτισης 3 επιπέδων καταδεικνύει τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο σύγχρονος σχεδιασμός SMPS.Αυτό το στάδιο απαιτεί παραδοσιακά τη χρήση υψηλής τάσης μονωμένων πυριτίου διπολικών τρανζίστορ (IGBT) ή υψηλής τάσης καρβιδίου πυριτίου MOSFETΚαι οι δύο μέθοδοι οδηγούν σε απώλειες απόδοσης: η IGBT έχει υψηλές απώλειες μετάβασης, ενώ ορισμένα πρώιμα SiC MOSFET έχουν σχετικά υψηλές απώλειες αγωγιμότητας.Η αντίσταση ενεργοποίησης (RDS (ON)) ορισμένων πρώιμων υψηλής τάσης SiC MOSFET ήταν περίπου 100 m Ω.
Η σειρά Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET παρέχει μια πειστική λύση σε αυτό το πρόβλημα.Αυτό το χαρακτηριστικό χαμηλής αντίστασης μπορεί να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες αγωγιμότητας και να επιτύχει εξαιρετικές θερμικές επιδόσεις.
Οι συσκευές αυτές είναι συσκευασμένες σε απομονωμένη κεραμική με ικανότητα τάσης απομόνωσης 2500 VAC (1 λεπτό).Αυτός ο σχεδιασμός μειώνει τη θερμική αντίσταση στον απορροφητή θερμότητας και ελαχιστοποιεί την ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (EMI) με ελαχιστοποίηση της απομακρυσμένης χωρητικότητας του απορροφητή θερμότηταςΤαυτόχρονα, υιοθετεί το γνωστό πακέτο TO-247-3L, το οποίο διευκολύνει την ενσωμάτωση.
Το IXSJ43N120R1 είναι ένα τυπικό παράδειγμα (Σχήμα 1). Το ονομαστικό συνεχές ρεύμα αποστράγγισης της συσκευής σε +25 ° C είναι 45 A, και το RDS (ON) είναι 36 m Ω (τυπική τιμή).Επίσης έχει χαμηλό φορτίο πύλης 79 nC και χωρητικότητα εισόδου 2453 pF, καθιστώντας το κατάλληλο για σχέδια με μικρότερους μαγνήτες.
Φωτογραφία MOSFET SiC 1200 V
Σχήμα 1: Το IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET υιοθετεί ένα απομονωμένο πακέτο TO-247-3L, με ονομαστικό συνεχές ρεύμα αποστράγγισης ID 45 A και RDS (ON) 36 m Ω (τυπική τιμή) σε +25 ° C. (Πηγή εικόνας:Μικρόφωτο)
Η σειρά IXSJxxN120R1 μειώνει τις απώλειες αγωγιμότητας διατηρώντας την ικανότητα αποκλεισμού υψηλής τάσης, επιτρέποντας στους σχεδιαστές να απλοποιήσουν την τοπολογία του μετατροπέα, να μειώσουν το θερμικό κόστος,και να μεγιστοποιήσει τη συνολική αποτελεσματικότητα του συστήματος.
Ελαχιστοποιήστε τις απώλειες διακόπτη στην ενεργή απόδοση του front-end
Σε άλλα μέρη του σταθμού ταχείας φόρτισης συνεχούς ρεύματος, οι απώλειες διακόπτη μπορεί να είναι σημαντικότερες από εκείνες στην αντίσταση.Το ενεργό front-end μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ συνεχούς ρεύματος και διαμορφώνει τη μορφή κύματος του ρεύματος για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της διόρθωσης του συντελεστή ισχύος (PFC) και της αρμονικής στρέβλωσηςΕξαιτίας της εξάρτησης από υψηλότερες συχνότητες εναλλαγής σε αυτό το στάδιο για την ελαχιστοποίηση του μεγέθους των επαγωγών και των φίλτρων, οι απώλειες εναλλαγής διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη συνολική απόδοση.
Η σειρά LSIC1MO120E SiC MOSFET της Littelfuse έχει βελτιστοποιηθεί για αυτές τις εφαρμογές υψηλής συχνότητας.καθιστώντας τους εξαιρετικά κατάλληλους για μετατροπείς προώθησης PFC σε σταθμούς ταχείας φόρτισης συνεχούς ρεύματος και άλλα συστήματα που συνδέονται με δίκτυο.
Για παράδειγμα, το ονομαστικό συνεχές ρεύμα αποστράγγισης (II) του LSIC1MO120E0080 (εικόνα 2) σε +25 °C είναι 39 A, το R (DSON) είναι 80 m Ω (τυπική τιμή) και η ενέργεια μετάδοσης ανά κύκλο είναι 252 μ J.Το εκτεταμένο εύρος θερμοκρασίας διασταύρωσης είναι από -55 ° C έως +175 ° C, παρέχοντας πρόσθετο περιθώριο σχεδιασμού για εξωτερικές εγκαταστάσεις με μεγάλες περιβαλλοντικές συνθήκες.