商用電動汽車(EV) 需要穩(wěn)健、高效的充電技術。構成商用 EV 的高度集成的動力總成組件，例如輔助電源系統(tǒng)、太陽能逆變器、固態(tài)變壓器以及其他運輸和工業(yè)應用，都依賴于高壓開關功率器件。為滿足嚴苛的效率要求，Microchip Technology 宣布擴展其碳化硅產(chǎn)品組合，推出 1,700-V SiC MOSFET 系列。在接受《電力電子新聞》采訪時，Microchip Technology SiC 解決方案高級經(jīng)理 Kevin Speer 博士概述了將改進 SiC 技術并使其在電動汽車領域處于領先地位的創(chuàng)新和功能。

如今，開發(fā)商必須滿足需要將更多的人和貨物放入無法像電動汽車那么大的車輛中的需求。因此，市場正朝著使用 SiC 器件減小功率轉(zhuǎn)換設備的尺寸和重量的方向發(fā)展。

除了乘用車外，還有一整套運輸人員和物資的商業(yè)運輸車輛、有軌電車和公共汽車。斯佩爾指出，為這些機動車輛通電需要更多動力。這在可靠性、功率密度和效率方面自然適用于充電和充電基礎設施。

“改進和可靠性實際上來自拓撲中可能的簡化，當你簡化拓撲時，你減少了組件的數(shù)量，”斯佩爾說。“帶有硅 IGBT 的列車上的牽引推進裝置必須使用三電平拓撲來優(yōu)化效率。切換到碳化硅時，可以使用簡單的兩級拓撲。因此所需的電源組件數(shù)量實際上減半。這不僅降低了成本，還減少了可能出現(xiàn)故障的組件數(shù)量。”

此外，Speer 指出，當您用 SiC 替換硅時，不會有很高的損耗，因此無需對其進行補償。所以熱管理要求肯定會不那么嚴格，在某些情況下，你甚至可以擺脫整個冷卻系統(tǒng)。

碳化硅

SiC 1,700-V 技術是硅 IGBT 的替代品。雖然由于開關頻率限制，硅在電路拓撲方面引入了妥協(xié)以避免更多損耗，但 SiC 技術可實現(xiàn)更高的開關頻率，同時減小系統(tǒng)尺寸和重量。

Microchip 的新 SiC 產(chǎn)品系列通過采用具有更少部件和更簡單控制方案的兩電平拓撲克服了 IGBT 的困難。沒有開關限制，功率轉(zhuǎn)換單元可以減小尺寸和重量，為更多充電站騰出空間，并延長重型汽車、電動公交車和其他電池供電的商用車的續(xù)航里程和運行時間。

Microchip 強調(diào)了新產(chǎn)品組合的主要特性：穩(wěn)定的閾值電壓、無退化的體二極管、_RDS(on)過熱的最小增加、無與倫比的雪崩堅固性以及類似于 IGBT 的短路耐受時間。

“我們的數(shù)據(jù)顯示，在我們所有的 700-、1,200- 和 1,700-V SiC MOSFET 產(chǎn)品中，我們的閾值電壓在 1,000 小時的高溫正負柵極偏置應力后是穩(wěn)定的，并且預測壽命為超過 100 年，”施佩爾說。“Microchip SiC MOSFET 還具有無退化的體二極管，這意味著您可以消除反并聯(lián)肖特基二極管，從而節(jié)省額外成本。”

Microchip 測試包括重復未鉗位感應開關 (R-UIS)。據(jù)發(fā)言人稱，即使在 100,000 個擴展的 R-UIS 脈沖之后，也沒有觀察到任何設備參數(shù)發(fā)生有意義的變化_。此外，_{在 0} °C 至 175°C 的結溫范圍內(nèi)，R _DS(on)曲線更平坦，因此與其他具有更高溫度敏感性的 SiC MOSFET 相比，電源系統(tǒng)能夠以更低的傳導損耗運行。

Microchip 將 SiC 芯片的內(nèi)部生產(chǎn)與低電感功率封裝和可編程數(shù)字柵極驅(qū)動器相結合，使設計人員能夠制作盡可能緊湊的解決方案。

“對于 62 毫米 IGBT 模塊，寄生電感值約為 20 到 40 納亨 [nH]，”Speer 說。“當您以高速切換時，換句話說，如高 dV/dt 或高 dI/dt，高電流變化率乘以寄生電感，導致非常大的過沖，可能超過器件額定值。像 Microchip 的 SP6LI 模塊這樣的封裝只有 2.9 nH 的寄生電感，可以緩解這些問題。”

與 Microchip 的 MPLAB Mindi 模擬模擬器兼容的 SPICE SiC 模擬模型為系統(tǒng)開發(fā)人員提供了在進行硬件設計之前模擬開關特性的資源。智能配置工具 (ICT) 允許設計人員為 Microchip 的 AgileSwitch 系列可編程數(shù)字柵極驅(qū)動器建模高效的 SiC 柵極驅(qū)動器設置。

“如果您能夠正確地結合碳化硅，這意味著使用帶有數(shù)字可編程柵極驅(qū)動器的低電??感封裝并采用最佳設計、布局和優(yōu)化實踐，那么您的系統(tǒng)級成本通常會降低，即使性能、可靠性、并且系統(tǒng)的緊湊性得到了增強，”Speer 說。“關于價格問題，當碳化硅供應商與潛在采用者密切合作以幫助他們理解這些權衡并將其貨幣化并超越組件級別時，這可能具有啟發(fā)性。”


審核編輯：劉清