8-900-374-94-44
15 октября 2020
телекоммуникацииуправление питаниемуправление двигателемответственные примененияWolfspeedстатьядискретные полупроводникиMOSFETAC-DCзарядное устройство для электромобиляисточник питания для телекомапреобразователь собственных нужд для метро/локомотива
Эдгар Айербе, Адам Баркли, Джон Муккен (Wolfspeed)
Значение скорости переключения MOSFET в традиционных корпусах ограничено многими факторами. Компания Wolfspeed предлагает для своих MOSFET на базе карбида кремния два новых вида корпусов. Применение компонентов в этих корпусах позволяет уменьшить потери и упростить разработку двадцатикиловаттного активного выпрямителя для станций быстрой зарядки электромобилей.
Прогресс в области широкозонных полупроводниковых материалов позволил создать карбид-кремниевые полевые транзисторы (SiC MOSFET) с повышенной рабочей частотой, обеспечивающие меньшие потери на переключение.
С появлением новейших SiC MOSFET семейства C3M™ компании Wolfspeed ограничительными факторами для динамических характеристик изделий на базе этих транзисторов стали их корпусная паразитная индуктивность и топология печатной платы. MOSFET семейства C3M способны за десятки наносекунд коммутировать сотни вольт и десятки ампер. Но большое значение индуктивности истока в случае обычного корпуса TO-247-3 (обусловленное как индуктивностью соединительного проводника между кристаллом и выводом истока, так и индуктивностью самого вывода) приводит к возникновению отрицательной обратной связи, ограничивающей достижимое значение di/dt, а также увеличивающей потери на переключение.
Один из путей решения данной проблемы – использование новых вариантов корпусов с дополнительным выводом истока KS (так называемый вывод по схеме Кельвина). Этот вывод соединяется с общим проводом драйвера затвора, как показано на рисунке 1 (нижний ключ Q2). В случае изолированного драйвера (VDRV2) падение напряжения на индуктивности истока не оказывает влияния на контур управления затвором. В результате петля отрицательной обратной связи разрывается, что дает возможность снизить потери на переключение и существенно увеличить его скорость.
Максимальное значение di/dt, обеспечиваемое транзистором в корпусе TO-247-3L, ограничено из-за падения напряжения на суммарной индуктивности истока LS1, которое вычитается из напряжения управления затвором VDRV1. Использование корпуса TO-247-4L с дополнительным кельвиновским выводом истока в сочетании с изолированным драйвером затвора VDRV2 снимает это ограничение и тем самым существенно снижает потери на переключение.
Рис. 1. Условная схема одного плеча моста на MOSFET с верхним ключом (Q1) в корпусе TO-247-3L и нижним ключом (Q2) в корпусе TO-247-4L
Wolfspeed разработала новые варианты корпуса SiC MOSFET с отдельным выводом истока по схеме Кельвина; в таблице 1 вы найдете базовые характеристики транзисторов, выпускаемых в этих корпусах. Первый вариант – это корпус TO-263-7 для поверхностного монтажа, специально разработанный для MOSFET, рабочее напряжение которых не превышает 1700 В. Место, занимаемое этим корпусом на плате, на 52% меньше, чем у корпуса D3PAK, в котором обычно выпускаются компоненты на напряжение 1200…1700 В.
В новом корпусе предусмотрено пять выводов истока, соединенных параллельно – такое решение значительно снижает индуктивность истока в силовом контуре в сравнении с другими корпусами для поверхностного монтажа. Второй вариант – корпус TO-247-4L для монтажа в отверстия, длина пути утечки «сток – исток» у него составляет 8 мм.
Таблица 1. SiC MOSFET компании Wolfspeed в корпусах с выводом истока, выполненным по схеме Кельвина
| Наименование | Rds(on), мОм | Напряжение, В | Корпус |
|---|---|---|---|
| C3M0065090J | 65 | 900 | TO-263-7L |
| C3M0120090J | 120 | 900 | |
| C3M0280090J | 280 | 900 | |
| C3M0065100J | 65 | 1000 | |
| C3M0120100J | 120 | 1000 | |
| C3M0075120J | 75 | 1200 | |
| C2M1000170J | 1000 | 1700 | |
| C3M0010090K* | 10 | 900 | TO-247-4L |
| C3M0065100K | 65 | 1000 | |
| C3M0120100K | 120 | 1000 | |
| C3M0075120K | 75 | 1200 | |
* – готовится к выпуску. | |||
В ходе испытаний (коммутация шунтированной диодом индуктивной нагрузки) подтвердилось улучшение динамических характеристик транзисторов в корпусах новых типов, указанных в таблице 1. На рисунке 2 приведены графики напряжения «сток-исток» и тока стока для кристалла MOSFET (1000 В, 65 мОм) в корпусах TO-263-7L (с включенным по кельвиновской схеме выводом истока) и TO-247-3L (без добавленного вывода истока) в случае коммутации 600 В/40 А нагрузки. Даже для такого, сравнительно небольшого, кристалла MOSFET при наличии в цепи затвора десятиомного резистора время открытия уменьшилось с 72 нс до 27 нс, что соответствует росту скорости переключения в 2,6 раза.
Рис. 2. Изменение напряжения и тока при открытии одинаковых SiC MOSFET в разных корпусах
Поскольку этот эффект зависит от характеристики di/dt MOSFET, можно предположить, что наибольшее снижение потерь при переключении будет достигнуто для сильноточных MOSFET с большой площадью кристалла и достаточно малым сопротивлением в цепи затвора.
Во втором испытании на коммутацию индуктивной нагрузки тестировался кристалл MOSFET с номинальным напряжением 900 В, сопротивлением открытого канала 10 мОм и с управляющим напряжением VGS = -4/+15 В при RG = 5 Ом и VDD = 600 В. Рисунок 3 отражает взаимосвязь динамических потерь и тока стока для транзистора в корпусах – стандартном TO-247-3L (слева) и новом TO-247-4L, с отдельным выводом, включенным по схеме Кельвина (справа). В обоих случаях измеренные значения включают потери на внутреннем, шунтирующем диоде верхнего MOSFET. Графики показывают 3,5-кратное уменьшение потерь на переключение при коммутации тока, близкого к номинальному. SiC MOSFET могут работать и на более высоких частотах в схемах мягкой коммутации или в резонансных схемах, обычно использующихся в DC/DC-преобразователях внебортовых и бортовых быстрых зарядных устройств постоянного тока [2].
Рис. 3. Связь энергии динамических потерь и тока стока для корпусов TO-247-3L и TO-247-4L SiC MOSFET (10 мОм, 900 В)
Бурное развитие электротранспорта открыло новые возможности для внедрения SiC MOSFET как на автомобилях, так и в сопутствующей инфраструктуре.
Полумостовые схемы с жесткой коммутацией используются в DC/DC-преобразователях, тяговых приводах и в активных выпрямителях с ККМ, применяемых в устройствах для заряда. Также SiC MOSFET могут работать на более высоких частотах в схемах с мягкой коммутацией или резонансных схемах, обычно применяющихся в DC/DC-преобразователях быстрых зарядных устройств постоянного тока, как бортовых, так и внебортовых.
Рис. 4. Упрощенная схема силового каскада и выполненный по ней типовой образец активного выпрямителя на 20 кВт на базе MOSFET C3M0065100K
Таким образом, применение новых типов корпусов с кельвиновской схемой вывода истока обеспечивает заметное уменьшение потерь на переключение при коммутации в жестком режиме. Динамические характеристики, обеспечиваемые конструкцией корпуса, а также такие параметры SiC MOSFET семейства C3M на напряжение 1000 В как малые потери проводимости в рабочем диапазоне температур, малое значение QRR паразитного диода и более высокая линейность изменения выходной емкости позволили разработчикам по новому подойти к некоторым известным простым схемам с двухуровневой топологией.
В каждом ключе указанного выпрямителя находится по два MOSFET C3M0065100K. Дополнительные антипараллельные диоды отсутствуют. Частота коммутации 48 кГц призвана обеспечить баланс между стоимостью дросселей фаз, КНИ фазового тока и простотой конструкции ЭМИ-фильтра (частота третьей гармоники ниже 150 кГц). Дроссели фаз выполнены на сердечнике AMCC 50 Metglass 2605SA1, имеют индуктивность 400 мкГн и обмотку из медной фольги. Для управления ключами по методу векторной ШИМ используется микроконтроллер TMS320F28335. Длительность мертвого времени была уменьшена до ~100 нс, чтобы снизить искажения формы сигнала в окрестностях точки перехода фазного напряжения через ноль. Итоговые графики КПД и КНИ, построенные по результатам измерений, приведены на рисунке 5.
Рис. 5. Зависимость КПД и КНИ двухуровневого активного выпрямителя на SiC MOSFET от выходной мощности (слева) и сравнение КПД и оценочных значений плотности мощности с характеристиками выпрямителей типа «Vienna» с кремниевыми диодами (справа)
По сравнению с популярной трехуровневой топологией выпрямителя типа «Vienna» на основе кремниевых диодов, предложенное решение позволяет уменьшить потери мощности более чем на 30% (экономия электроэнергии), имеет более простую схему и более простое управление, сокращает список комплектующих, а также обеспечивает передачу энергии в обоих направлениях (технология V2G). Более подробную информацию о рассмотренном прототипе выпрямителя и о его сравнении с выпрямителем типа «Vienna» можно найти в [1].
Ожидается, что в течение ближайших лет мировой рынок силовых полупроводниковых компонентов, используемых в автомобилестроении, вырастет более чем на 3 миллиарда долларов [3].
В связи с этим ключевым фактором, влияющим на повсеместное распространение электромобилей, становится наличие высокоэффективных быстрых зарядных устройств, как бортовых, так и внебортовых. Новые недорогие корпуса дискретных SiC MOSFET позволят разработчикам увеличить эффективность преобразования этих устройств, их удельную мощность, и, в конечном счете, снизить расход электроэнергии конечным потребителем. Разработанный типовой образец двухуровневого активного выпрямителя доказал, что обладающие превосходными характеристиками SiC MOSFET-транзисторы семейства C3M компании Wolfspeed даже при использовании простых топологии и метода управления обеспечивают 30-процентное снижение потерь мощности.
Mookken, Fast Charging EV with the Latest 1kV 3rd Generation SiC MOSFET. Proceedings of the 32nd Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2017), Tampa, FL, USA, March 26-30, 2017.Перевел Андрей Евстифеев по заказу АО КОМПЭЛ
•••
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Обзор
Основываясь на большом опыте и ноу-хау в области совместимости, Infineon представляет революционную технологию CoolSiC™ MOSFET, позволяющую разрабатывать принципиально новые продукты.
По сравнению с традиционными переключателями на основе кремния, такими как IGBT и MOSFET, силовые полевые МОП-транзисторы на основе карбида кремния (SiC) обладают рядом преимуществ. Продукты CoolSiC™ MOSFET на 2000 В, 1700 В, 1200 В и 650 В предназначены для фотоэлектрических преобразователей, зарядки аккумуляторов, накопителей энергии, электроприводов, ИБП, вспомогательных источников питания и импульсных источников питания.
Технология Silicon Carbide MOSFET
Технология CoolSiC™ MOSFET на основе карбида кремния обеспечивает лучшую производительность, надежность и простоту использования для разработчиков систем. Мощные транзисторы на основе карбида кремния (SiC) открывают перед разработчиками новые уровни гибкости, позволяющие использовать невиданный ранее уровень эффективности и надежности. Технология высоковольтных МОП-транзисторов CoolSiC™ также обеспечивает впечатляющие улучшения характеристик обратного восстановления.
Продукты CoolSiC™
Карбид кремния CoolSiC™ МОП-транзисторы Infineon обеспечивают высокую эффективность и оптимальную надежность.
Наш ассортимент продукции доступен в дискретном корпусе, а также в модулях классов напряжения 650 В, 1200 В, 1700 В и 2000 В. Наш ассортимент МОП-транзисторов CoolSiC™ включает дискретные МОП-транзисторы с карбидом кремния и модули МОП-транзисторов с карбидом кремния. Силовые модули SiC MOSFET выпускаются в трехуровневой, четырехкомпонентной, полумостовой, шестикомпонентной и бустерной конфигурациях.
Задайте вопрос сообществу производителей карбида кремния
Сообщество разработчиков Infineon доступно круглосуточно и без выходных, чтобы вы могли общаться и общаться с инженерами по всему миру. Получите помощь от инженеров службы поддержки Infineon и экспертов, чтобы решить свои проблемы проектирования в любое время, в любом месте, по любой теме и на предпочитаемом вами языке.
Задайте вопрос сообществу
Продукты
Основные моменты
CoolSiC™ MOSFET предлагает ряд преимуществ.
К ним относятся самые низкие уровни заряда затвора и емкости устройства, наблюдаемые в переключателях SiC, отсутствие потерь обратного восстановления встречно-параллельного диода, не зависящие от температуры низкие потери переключения и беспороговые характеристики в открытом состоянии.
Уникальный МОП-транзистор CoolSiC™ от Infineon добавляет дополнительные преимущества. Превосходная надежность оксида затвора, обеспечиваемая современной траншейной конструкцией, лучшими в своем классе потерями на переключение и проводимость, самым высоким уровнем крутизны (усиления), пороговым напряжением Vth = 4 В и устойчивостью к короткому замыканию. Это революция, на которую вы можете положиться.
Все это привело к созданию надежной технологии MOSFET на основе карбида кремния, идеально подходящей для топологий жесткого и резонансного переключения, таких как LLC и ZVS, которые могут управляться как IGBT или MOSFET с помощью простых в использовании драйверов. Обеспечение высочайшего уровня эффективности при высоких частотах переключения позволяет уменьшить размер системы, увеличить удельную мощность и обеспечить высокую надежность в течение всего срока службы.
Корпус TO-247-4pin содержит дополнительное соединение с истоком (соединение Кельвина), которое используется в качестве опорного потенциала для управляющего напряжения затвора, тем самым устраняя влияние падения напряжения на индуктивность источника.
В результате коммутационные потери даже ниже, чем у версии TO247-3pin, особенно при более высоких токах и более высоких частотах коммутации. Модули CoolSiC™ MOSFET Easy обладают очень хорошим тепловым интерфейсом, низкой паразитной индуктивностью и прочной конструкцией, а также соединениями PressFIT. В то время как диапазоны малой мощности идеально подходят для семейства Easy, инверторы средней мощности 250+ кВт лучше всего подходят для использования в корпусе 62 мм. МОП-транзисторы HybridPACK™ Drive CoolSiC™ соответствуют стандарту AQG-324 и оптимизированы для мощных автомобильных тяговых инверторов мощностью более 180 кВт. Это простой в установке модуль SixPack для прямого водяного охлаждения с опорной платой со штифтовыми ребрами, поддерживающий эффективный и оптимизированный для больших объемов процесс сборки.
CoolSiC™ MOSFET на основе CIPOS™ Maxi IPM серии IM828 — это первый в мире 1200-вольтовый формованный карбидокремниевый IPM, в который интегрирован оптимизированный 6-канальный драйвер затвора SOI 1200 В и 6 CoolSiC™ MOSFET.
Самый маленький и компактный блок в классе 1 200 В IM828-XCC сочетает в себе номинальную мощность более 4,8 кВт с исключительной удельной мощностью, надежностью и производительностью.
> Узнайте больше о CIPOS™ Maxi
Со сверхбыстродействующими силовыми транзисторами, такими как МОП-транзисторы CoolSiC™, проще обращаться с помощью изолированных выходных секций затвора. Поэтому гальванически изолированные микросхемы EiceDRIVER™, основанные на технологии трансформаторов Infineon без сердечника, рекомендуются как наиболее подходящие.
> Подробнее о микросхемах EiceDRIVER™ для карбидокремниевых полевых МОП-транзисторов
Документы
Поддержка дизайна
Видео
Делиться ДелитьсяПартнеры
Обучение
Si, SiC или GaN? Правильный выбор для силовых устройств
Посмотрите наш веб-семинар, чтобы узнать больше о технологическом позиционировании кремния по сравнению с силовыми устройствами на основе SiC и GaN как для приложений с высоким, так и с низким энергопотреблением.
Усовершенствованная серия CoolSiC™ MOSFET M1H в лучших в своем классе корпусах — модули Easy
К концу этого обучения вы познакомитесь с технологией CoolSiC™ MOSFET 1200 В M1H для модулей Easy, а также с постоянно расширяющимся портфелем модулей Infineon Easy в в области материалов с широкой запрещенной зоной и узнать об основных функциях и преимуществах нашей последней серии M1H 1200 V.
МОП-транзистор CoolSiC™ в зарядных устройствах электромобилей
В связи с растущим рынком электромобилей отрасль выдвигает дополнительные требования к характеристикам зарядных устройств.
Это электронное обучение покажет вам, что появление полевых МОП-транзисторов CoolSiC™ улучшило индустрию зарядных устройств, сделав зарядные устройства для электромобилей меньше, быстрее и с большей эффективностью.
МОП-транзистор CoolSiC™ в сервоприводах
В этом учебном курсе вы познакомитесь с тем, как CoolSiC™ поможет в разработке сервоприводов следующего поколения.
Насколько легко управлять полевым транзистором CoolSiC™?
Управление полевым транзистором CoolSiC™ намного проще, чем вы думаете. Это обучение покажет вам, как можно управлять им при напряжении запирания 0 В.
Как выбрать драйвер затвора для SiC MOSFET и модулей SiC MOSFET
В ходе этого обучения вы узнаете, как рассчитать эталонное значение сопротивления затвора для вашего карбид-кремниевого MOSFET, как определить подходящие ИС управления затвором на основе требований к пиковому току и рассеиваемой мощности и для точной настройки значения сопротивления затвора в лабораторных условиях на основе наихудших условий.
Как сопоставить номинальные характеристики IGBT и SiC MOSFET
В этом видео вы сосредоточитесь на сравнении допустимой мощности IGBT и SiC MOSFET. Рассмотрим различные аспекты, которые необходимо учитывать при определении размеров IGBT или МОП-транзистор для определенного приложения.
Как Infineon прокладывает путь к эффективности электромобилей с помощью CoolSiC™
Смотреть электронное обучение
Си | карбид кремния | Позиционирование GaN в приложениях ACDC
Infineon предлагает проверенный опыт во всех трех основных силовых полупроводниковых технологиях. Узнайте, как разместить их в приложениях AC-DC!
Нажмите здесь, чтобы узнать больше.
Приложения
Поддержка
Контакт
Эти продукты разработаны, чтобы быть быстрыми и прочными, и включают системные преимущества от высокой эффективности до уменьшения размеров и стоимости системы.
Рекомендуемые продукты
PRT+Войдите в свою учетную запись onsemi, чтобы просмотреть избранные Сохраненные фильтры .
Регистр. Теперь
Значение диапазона инверта
Значение диапазона инверта
Значение диапазона инверта
Значение диапазона инверта
Значение диапазона инверта
Значение диапазона инверта
(TO-263-7L HV)
Подробнее
Активный
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Активный
D2PAK7 (TO-263-9L HV)
Подробнее
Активный
0003
Подробнее
Active
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Active
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Active
D2PAK7 (до 263
D2PAK7 -7L HV)
Подробнее
Active
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Active, New
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
.
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Active
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Active
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
Подробнее
Active
D2Pak7 (до 263-7-7L).
More Details
Active
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
More Details
Active, New
D2PAK7 (TO-263-7L HV)
More Details
Active
D2PAK7 (TO -263-7L HV)
Подробнее
Активный
H-PSOF8L 9.90×11.68, 1,20p
Подробнее
Последние поставки
Подробнее
Актив
Подробнее
Последние отгрузки
Подробнее
Установка
Active Active
.
до-247-4
Подробнее
Active
TO-247-4
Подробнее
Active
TO-247-4
Подробнее
Active
TO-247-4
0003Подробнее
Active
to-247-4
Подробнее
Active
to-247-4
Подробнее
Active
до 247-4
Подробнее
Active
-47-4
Active
до 247-4
Подробнее
Active
до 247-4
Подробнее
Active
до 247-4
Подробнее
Active
до-247-4
Подробнее
Active
TO-247-4
Подробнее
Active
TO-247-4
Подробнее
Active
TO-247-4
Подробнее
Active
до 247-4
-4
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Active
до 247-3LD
Подробнее
Активный
TO-247-3LD
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Active, New
TO-247-3LD
Подробнее
Active
по 247-3LD
.
3ld
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Active
до-247-3LD
Подробнее
Active Active Active To-247-3LD
до 247-3ld
Подробнее
Последние поставки
TO-247-3LD
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Active, New
до-247- 3ld
Подробнее
Active
TO-247-3LD
Подробнее
Загрузка …
ПРИНТЕРСКОЕ ВЕРСИЯ
PDF FORMAT
Формат Excel
CSV FORMAT
LOSK
9000CSV
.0503
Группы продуктов:
93
┗
Запчасти:
93
Идет загрузка…
Привет, я пришел с миром!
Я ваш дружелюбный помощник по веб-сайтам, и я был создан, чтобы помочь вам ориентироваться на нашем веб-сайте и показать вам наши полезные функции.
..подробнее.
Отличительными чертами SiC MOSFET является:.jpg)
2
2
3 – Корпус модуля АДТГ.685171.001 размерами 122х62х20,5 мм совместно с драйвером