Skuteczność i wytrzymałość zasilania w trybie przełącznikowym (SMPS) czynią je szczególnie odpowiednimi do zastosowań takich jak stacje ładowania pojazdów elektrycznych (EV), falowniki słoneczne,i napędów silników przemysłowychJednakże ze względu na potrzebę większego napięcia i prądu roboczego, mniejszą przewodność i utratę ciepła oraz bardziej kompaktowy wygląd,Projektanci muszą przyjąć zaawansowaną technologię MOSFET z węglem krzemu (SiC)Technologia ta musi być starannie połączona z tirystorami z bramkami MOS i prostymi mostami szybkiego odzysku, aby stworzyć najlepszy system konwersji mocy.
W tym artykule na przykładzie stacji ładowania pojazdów elektrycznych przedstawiono wymagania SMPS. Następnie wprowadzono SiC MOSFET IXYS/Litelfuse, zbadano ich działanie,i jak różne technologie urządzeń (każda zoptymalizowana dla określonych funkcji obwodu) zostały połączone w celu stworzenia bardziej wydajnego i kompaktowego systemu konwersji mocy.
Przegląd nowoczesnych systemów SMPS wykorzystujących szybkie publiczne stacje ładowania pojazdów elektrycznych
Efektywność jest charakterystyczną cechą SMPS, ale nowoczesne zastosowania wysokiej mocy doprowadzają te projekty do nowych skrajności.,W przypadku, gdy wprowadzono nowe rozwiązania, takie jak system trójpoziomowy o mocy do 350 kW, utrata wydajności o 1% odpowiada marnowaniu 3,5 kilowatów mocy, znacząco zwiększając koszty eksploatacji i obciążenia termiczne.
Wysokiej wydajności SiC MOSFET jest rdzeń do osiągnięcia wyższej wydajności.umożliwiające wykorzystanie mniejszych elementów biernego i zmniejszające straty w konwersjiNiestety, czynniki te również sprawiają, że MOSFETy SiC są podatne na przejściowe fale napięcia.
Ponadto SiC MOSFET nie jest optymalnym rozwiązaniem dla każdej części 3-poziomowej stacji ładowania.komunikacja sieciowaW tym przypadku lepszym wyborem mogą być urządzenia diody krzemowej (Si) o wysokiej niezawodności.
Należy zrozumieć wymagania każdej części stacji szybkiego ładowania prądu stałego i starannie wybrać odpowiednią technologię wyposażenia.
Wykorzystanie nisko odpornego SiC MOSFET do osiągnięcia konwersji prądu stałego do prądu stałego o dużej mocy
Etap konwersji prądu stałego na prąd stały 3-poziomowej stacji szybkiego ładowania pokazuje wyzwania, przed którymi stoi nowoczesna konstrukcja SMPS.ten etap tradycyjnie wymaga stosowania wysokonapięciowych tranzystorów bipolarnych izolowanych krzemowych bram (IGBT) lub wysokonapięciowych MOSFETów z węglem krzemuObie metody powodują straty wydajności: IGBT ma wysokie straty przełączania, podczas gdy niektóre wczesne SiC MOSFET mają stosunkowo wysokie straty przewodzenia.Odporność prądu (RDS (ON)) niektórych wczesnych wysokonapięciowych MOSFETów SiC wynosiła około 100 m Ω.
Seria Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET zapewnia przekonujące rozwiązanie tego problemu.Ta charakterystyka niskiego oporu pozwala zminimalizować straty przewodzenia i osiągnąć doskonałą wydajność cieplną.
Urządzenia te są opakowane w izolowaną ceramikę o mocy napięcia izolacyjnego 2500 VAC (1 minuta).Ta konstrukcja zmniejsza opór termiczny na ciepło odbiornika i minimalizuje interferencje elektromagnetyczne (EMI) poprzez minimalizowanie zagubionej pojemności odbiornika ciepłaJednocześnie przyjmuje znany pakiet TO-247-3L, który ułatwia integrację.
IXSJ43N120R1 jest typowym przykładem (rysunek 1). Narysowany bieg ciągłego odpływu urządzenia w temperaturze +25 °C wynosi 45 A, a RDS (ON) wynosi 36 m Ω (typowa wartość).Ma również niski ładunek bramy 79 nC i pojemność wejściową 2453 pF, dzięki czemu nadaje się do konstrukcji z mniejszymi magnesami.
Wykrycie MOSFET SiC o napięciu 1200 V
Rysunek 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET przyjmuje izolowany pakiet TO-247-3L, z nominalnym ciągłym prądem odpływowym ID 45 A i RDS (ON) 36 m Ω (typowa wartość) w temperaturze +25 °C (źródło obrazu:Małe gniazdo)
Seria IXSJxxN120R1 zmniejsza straty przewodzenia przy jednoczesnym zachowaniu zdolności blokowania wysokiego napięcia, umożliwiając projektantom uproszczenie topologii konwertera, zmniejszenie kosztów termicznych,i zmaksymalizować ogólną wydajność systemu.
Minimalizować straty przełącznika w aktywnej wydajności interfejsu
W innych częściach stacji szybkiego ładowania prądu stałego straty przełącznika mogą być większe niż w przypadku oporu.Aktywny front-end przekształca moc AC w prąd stały i kształtuje formę fali prądu, aby spełnić wymagania korekcji współczynnika mocy (PFC) i zniekształcenia harmonijnegoZe względu na zależność od wyższych częstotliwości przełączania na tym etapie w celu zminimalizowania wielkości induktorów i filtrów, straty przełączania odgrywają ważną rolę w ogólnej wydajności.
Seria LSIC1MO120E SiC MOSFET firmy Littelfuse została zoptymalizowana dla tych zastosowań o wysokiej częstotliwości.sprawiają, że są one bardzo odpowiednie do przekształcaczy wzmacniających PFC w stacjach szybkiego ładowania prądu stałego i innych systemach podłączonych do sieci.
Na przykład nominalny ciągły prąd odpływowy (II) LSIC1MO120E0080 (rysunek 2) w temperaturze +25 °C wynosi 39 A, R (DSON) wynosi 80 m Ω (typowa wartość), a energia przełączania na cykl wynosi 252 μ J.Rozszerzony zakres temperatur łączenia wynosi od -55 ° C do + 175 ° C, zapewniając dodatkowy margines projektowy dla instalacji zewnętrznych o dużych warunkach środowiskowych.