以下為基于BMF240R12E2G3 SiC功率模塊的兩電平全碳化硅混合逆變器技術(shù)解決方案:
傾佳電子(Changer Tech)-專業(yè)汽車連接器及功率半導(dǎo)體(SiC碳化硅MOSFET單管,SiC碳化硅MOSFET模塊,碳化硅SiC-MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片,SiC功率模塊驅(qū)動(dòng)板,驅(qū)動(dòng)IC)分銷商,聚焦新能源、交通電動(dòng)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,致力于服務(wù)中國(guó)工業(yè)電源,電力電子裝備及新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。
1. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):兩電平三相全橋逆變拓?fù)洌⊿ix-switch Converter)
核心器件:
6× BMF240R12E2G3 SiC MOSFET模塊(每相1個(gè)半橋模塊)
直流母線電壓:800V(適配1200V模塊耐壓,留25%裕量)
最大輸出電流:240A(匹配模塊連續(xù)工作電流@80℃)
混合功能:集成光伏MPPT輸入 + 電池儲(chǔ)能接口(DC-DC級(jí))+ 并網(wǎng)/離網(wǎng)逆變輸出
2. 關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1) 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
柵極驅(qū)動(dòng)參數(shù):
開(kāi)通電壓:+18V(滿足推薦值18~20V)
關(guān)斷電壓:-4V(抑制串?dāng)_,匹配推薦值-4~0V)
柵極電阻:2.2Ω(優(yōu)化開(kāi)關(guān)損耗,參考Fig.14測(cè)試條件)
國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET廠商BASiC基本股份針對(duì)SiC碳化硅MOSFET多種應(yīng)用場(chǎng)景研發(fā)推出門極驅(qū)動(dòng)芯片,可適應(yīng)不同的功率器件和終端應(yīng)用。BASiC基本股份的門極驅(qū)動(dòng)芯片包括隔離驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片,絕緣最大浪涌耐壓可達(dá)8000V,驅(qū)動(dòng)峰值電流高達(dá)正負(fù)15A,可支持耐壓1700V以內(nèi)功率器件的門極驅(qū)動(dòng)需求。
國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET廠商BASiC基本股份低邊驅(qū)動(dòng)芯片可以廣泛應(yīng)用于PFC、DCDC、同步整流,反激等領(lǐng)域的低邊功率器件的驅(qū)動(dòng)或在變壓器隔離驅(qū)動(dòng)中用于驅(qū)動(dòng)變壓器,適配系統(tǒng)功率從百瓦級(jí)到幾十千瓦不等。
國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET廠商BASiC基本股份推出正激 DCDC 開(kāi)關(guān)電源芯片BTP1521P,BTP1521F,該芯片集成上電軟啟動(dòng)功能、過(guò)溫保護(hù)功能,輸出功率可達(dá)6W。芯片工作頻率通過(guò)OSC 腳設(shè)定,最高工作頻率可達(dá)1.5MHz,非常適合給隔離驅(qū)動(dòng)芯片副邊電源供電。
對(duì)SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅(qū)動(dòng)電壓的需求,國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET廠商BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅(qū)動(dòng)IC BTL27524或者隔離驅(qū)動(dòng)BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。
保護(hù)功能:
DESAT保護(hù)(響應(yīng)時(shí)間<100ns)
Vgs負(fù)壓關(guān)斷防誤導(dǎo)通
米勒鉗位(抑制Cgd耦合)
(2) 熱管理系統(tǒng)
散熱設(shè)計(jì):
熱界面材料:導(dǎo)熱硅脂(2W/mK,厚度50μm)
熱阻計(jì)算:
Rth(j?c)=0.09K/W(模塊) + WRth(c?h)=0.10K/W(界面) → 需選Rth(h?a)≤0.15K/W散熱器
散熱器溫度:≤80℃(保證結(jié)溫<175℃ @785W損耗)
溫度監(jiān)控:
復(fù)用模塊內(nèi)置NTC(5kΩ @25℃,B=3375),實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)載頻與功率限值
(3) 功率回路優(yōu)化
低感設(shè)計(jì):
疊層母線排(寄生電感<20nH)
開(kāi)爾文源極連接(降低驅(qū)動(dòng)回路干擾)
吸收電路:
RC緩沖(抑制VDSVDS過(guò)沖,參考Fig.17 RBSOA曲線)
直流母線薄膜電容(≥2μF/A,低ESR)
3. SiC特性應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
高頻運(yùn)行:開(kāi)關(guān)頻率40kHz(硅基IGBT的3-5倍)
開(kāi)關(guān)損耗降低60%(參考Fig.13:Eon+Eoff=1.8mJ+1.7mJ@240A)
磁性元件體積縮減40%
體二極管零反向恢復(fù)(Fig.4數(shù)據(jù)):
免外置續(xù)流二極管
降低死區(qū)時(shí)間至200ns(提升輸出電壓質(zhì)量)
效率優(yōu)化:
導(dǎo)通損耗:Pcond=IRMS2×RDS(on)=2402×8.5mΩ=489.6W(@175℃)
整機(jī)峰值效率≥98.5%(光伏+儲(chǔ)能混合模式)
4. 保護(hù)策略
保護(hù)類型 實(shí)現(xiàn)方案 閾值設(shè)定
過(guò)流保護(hù) 霍爾傳感器
過(guò)溫保護(hù) NTC溫度反饋結(jié)溫>165℃降載
短路保護(hù)分級(jí)響應(yīng):
- 軟關(guān)斷(<2μs)
- 硬件封鎖di/dt>5A/ns
絕緣保護(hù) 加強(qiáng)爬電距離端子-散熱器≥11.5mm
5. 機(jī)械與安規(guī)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
模塊安裝:壓接技術(shù)(40~80N·m螺栓扭矩)
陶瓷基板(Si3N4)抗熱應(yīng)力沖擊(>50k次循環(huán))
安規(guī)認(rèn)證:
加強(qiáng)絕緣:3000Vrms/1min(符合IEC 61800-5-1)
爬電距離:>11.5mm(CTI>175)
6. 性能預(yù)期
參數(shù)目標(biāo)值 SiC優(yōu)勢(shì)來(lái)源
功率密度>3kW/L
高頻化減小
無(wú)源器件THD(滿載)<3%
高開(kāi)關(guān)頻率降低諧波
待機(jī)損耗<5W超低 IDSS(0.6μA)
壽命預(yù)期>15年
SiC抗高溫老化特性
7. 開(kāi)發(fā)注意事項(xiàng)
柵極振蕩抑制:
驅(qū)動(dòng)回路長(zhǎng)度<30mm,采用雙絞屏蔽線
并聯(lián)鐵氧體磁珠(抑制GHz頻段諧振)
EMI設(shè)計(jì):
共模濾波器(針對(duì)30-100MHz開(kāi)關(guān)噪聲)
開(kāi)關(guān)斜率控制(dv/dt優(yōu)化至50V/ns)
固件算法:
基于結(jié)溫模型的動(dòng)態(tài)降載策略
電池/光伏功率自適應(yīng)調(diào)度
本方案充分發(fā)揮SiC器件高頻、高效、高溫運(yùn)行優(yōu)勢(shì),適用于100KW,125KW級(jí)光伏儲(chǔ)能混合系統(tǒng),較硅基方案效率提升2%以上,體積減少35%。
-
逆變器
+關(guān)注
關(guān)注
293文章
4905瀏覽量
210936 -
功率模塊
+關(guān)注
關(guān)注
11文章
538瀏覽量
45964 -
碳化硅
+關(guān)注
關(guān)注
25文章
3066瀏覽量
50462
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
EAB450M12XM3全碳化硅半橋功率模塊CREE
基于SiC碳化硅功率模塊的高效、高可靠PCS解決方案

國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅功率半導(dǎo)體企業(yè)引領(lǐng)全球市場(chǎng)格局重構(gòu)
國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅功率模塊全面取代進(jìn)口IGBT模塊的必然性

34mm碳化硅(SiC)功率模塊應(yīng)用在電力電子系統(tǒng)的推薦方案

基于國(guó)產(chǎn)碳化硅SiC MOSFET的高效熱泵與商用空調(diào)系統(tǒng)解決方案

SiC(碳化硅)模塊設(shè)計(jì)方案在工商業(yè)儲(chǔ)能變流器(PCS)行業(yè)迅速普及

傾佳電子提供SiC碳化硅MOSFET正負(fù)壓驅(qū)動(dòng)供電與米勒鉗位解決方案

全球功率半導(dǎo)體變革:SiC碳化硅功率器件中國(guó)龍崛起
全碳化硅戶用工商業(yè)50kW光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)方案

BASiC基本股份國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET產(chǎn)品線概述

高頻電鍍電源國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊替代富士IGBT模塊損耗對(duì)比

評(píng)論