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碳化硅如何改进开关电源转换器设计？

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 　　在设计功率转换器时，碳化硅（SiC）等宽带隙（WBG）技术现在是组件选择过程中的现实选择。　　在设计功率转换器时，碳化硅（SiC）等宽带隙（WBG）技术现在是组件选择过程中的现实选择。650V SiC MOSFET的引入使其对以前不会考虑的应用更具吸引力。　　它们在高效的硬开关拓扑中具有出色的鲁棒性，使其成为实现功率因数校正（PFC）级功率解决方案的理想选择，功率范围可达千瓦级。而且，由于支持更高的开关频率，更小的磁性元件成为一种选择，为许多设计提供了可喜的体积减小。　　没有免费的午餐虽然好处很多，但仅仅将SiC MOSFET放入去除硅等效物留下的间隙中并不能实现这些好处。工程师需要花时间了解它们的特性，以充分利用这一变化，同时还要了解它们的不同限制和故障模式。CoolSiC™ 器件中体二极管的正向电压是硅 MOSFET 的四倍。因此，LLC转换器在轻负载下的效率可能会下降0.5%。PFC拓扑中的高效率也是通过通道而不是体二极管升压来实现的。　　工作温度下的导通电阻与硅相当一个关键的比较参数是导通电阻 RDS（on）。硅 MOSFET 在纸面上看起来比 SiC 更好，但由于其较低的倍增因子（κ），84 mΩ CoolSiC 器件在 100°C™ 时可实现与 57 mΩ CoolMOS 器件相同的 RDS™（on）（图 1）。CoolSiC 还提供比硅 MOSFET 更高的击穿电压 V（BR）DSS，这在低温环境中启动的应用中非常有用。　　　　图 1：温度对 Cool- SiC™ 的 RDS（on）的影响低于 CoolMOS™，因此在典型工作温度下具有相似的导通电阻。　　EiceDRIVER™系列仍然是CoolSiC™ MOSFET的理想伴侣。但是，为了达到数据手册中定义的低RDS（on），需要18 V的栅极电压（VGS），而不是硅MOSFET的典型12 V。如果选择新的栅极驱动器，则值得选择具有13 V欠压锁定功能的栅极驱动器，以确保在目标应用异常条件下的安全运行。SiC 的另一个好处是温度对 25 °C 和 150 °C 之间传输特性的影响有限（图 2）。　　避免负栅极电压负栅极电压会导致 SiC MOSFET 长期退化，从而导致潜在故障。因此，设计工程师应确保VGS在低于-2 V的时间内不会超过15 ns。如果发生这种情况，栅极阈值电压（VGS（th））的漂移也可能导致RDS（on）在应用的整个生命周期内增加。最终，这会导致来之不易的系统效率增益下降，而在许多情况下，这是选择SiC的关键原因。　　　　图 2：25°C（左）和 150°C（右）时的传输特性对 SiC 器件的影响明显低于硅 MOSFET。　　高阻值电阻器通常与硅MOSFET一起使用，以对抗负VGS，从而减慢di/dt和dv/dt的速度。但是，对于SiC器件，首选方法是在栅极和源极之间插入二极管电压箝位。如果负电压纯粹是电感问题，强烈建议选择带有开尔文源的 CoolSiC™ 器件。这可能导致EON损耗比没有EON的器件低三倍（图3）。　　　　图 3：为避免 SiC MOSFET 的栅极变为负值，应考虑二极管箝位、独立共模和开尔文源极。　　效率突破 99% CoolSiC™ MOSFET 的另一个优势是，在漏源电压 VDS 高于 50 V 时，其输出电容 COSS 更高。这样可以降低过冲水平，而无需实现栅极电阻。SiC 技术的 QOSS 行为也有利于硬和谐振开关拓扑，因为需要的放电更少，这会影响 CCM 图腾柱 PFC 中的 Eon 损耗。使用 48 mΩ 器件，3.3 kW CCM 图腾柱 PFC 的效率可达到 99% 以上（图 4），其中在双升压 PFC 设计中使用 CoolMOS™ 的最佳效率峰值为 98.85%。而且，尽管碳化硅MOSFET的成本较高，但基于碳化硅的设计更具成本竞争力。　　　　图 4：即使是 107 mΩ CoolSiC CCM 图腾柱 PFC 的效率也接近 99%，性能优于最佳的 CoolMOS™ 双升压 PFC™ 方法。　　总结　　与硅替代品相比，SiC MOSFET 具有一系列优势，再加上其在硬开关应用中的鲁棒性，使其值得在最有效的功率转换应用中加以考虑。650 V CoolSiC 系列的推出使 SiC™ MOSFET 技术在经济上更加可行，适合那些将功率转换推向极限的用户。 0
2023-2-23 17:11:32　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × jf_50240986 该类别下有 36 个回答。邀请回答 jf_31371407 该类别下有 5 个回答。邀请回答 DengQilong 该类别下有 5 个回答。邀请回答 cllmxdsdo 该类别下有 4 个回答。邀请回答 fgdfdzdg 该类别下有 4 个回答。邀请回答冰箱洗衣机该类别下有 4 个回答。邀请回答 CCCLLL 该类别下有 4 个回答。邀请回答 zyh34997 该类别下有 4 个回答。邀请回答 shaorc 该类别下有 4 个回答。邀请回答大洼球王该类别下有 4 个回答。邀请回答 dingyang598 该类别下有 3 个回答。邀请回答张璧成该类别下有 3 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 3 个回答。邀请回答 qiangqzuo 该类别下有 3 个回答。邀请回答 yvochen 该类别下有 3 个回答。邀请回答杨肖该类别下有 3 个回答。邀请回答张程明该类别下有 3 个回答。邀请回答小佳99 该类别下有 3 个回答。邀请回答 tigerwang711 该类别下有 3 个回答。邀请回答胡扯123 该类别下有 2 个回答，其中被选为最佳答案 1 次。邀请回答举报而无返还相关推荐 • 碳化硅半导体器件有哪些？ 3138 • 开关电源转换器中如何充分利用SiC器件的性能优势？ 1252 • 如何用碳化硅MOSFET设计一个双向降压-升压转换器？ 2874 • 什么是碳化硅（SiC）？它有哪些用途？ 8458 • 功率模块中的完整碳化硅性能怎么样？ 8682 • 碳化硅的历史与应用介绍 4303 • 请教碳化硅刻蚀工艺 41404 • 碳化硅MOSFET开关频率到100Hz为什么波形还变差了 5495 • 碳化硅MOSFET的SCT怎么样？ 1763 • CISSOID碳化硅驱动芯片 3702