Değiştirme modlu güç kaynaklarının (SMPS) verimliliği ve dayanıklılığı, onları elektrikli araç (EV) şarj istasyonları, güneş inverterleri,ve endüstriyel motor sürücüleriBununla birlikte, daha yüksek çalışma voltajı ve akımı, daha düşük iletkenlik ve ısı kaybı ve daha kompakt bir görünüm ihtiyacı nedeniyle,Tasarımcılar gelişmiş silikon karbit (SiC) MOSFET teknolojisini benimsemek zorundadırlar.Bu teknoloji, en iyi güç dönüşüm sistemini oluşturmak için MOS kapalı tiristörleri ve hızlı geri kazanım köprüsü düzlendiricileri ile dikkatlice birleştirilmelidir.
Bu makalede, elektrikli araç şarj istasyonlarını örnek alarak SMPS'nin gereksinimlerini özetlenmiştir.ve daha verimli ve kompakt bir güç dönüştürme sistemi oluşturmak için farklı cihaz teknolojilerinin (her biri belirli devre fonksiyonları için optimize edilmiş) nasıl birleştirildiğini gösterdi..
Örneğin hızlı kamu elektrikli araç şarj istasyonlarını kullanan modern SMPS'nin genel görünümü
Verimlilik, SMPS'nin bir özelliğidir, ancak modern yüksek güç uygulamaları bu tasarımları yeni aşırılıklara itiyor.,%1'lik bir verim kaybı, 3,5 kilowatt güç kaybına eşdeğerdir, bu da işletme maliyetlerini ve termal yükleri büyük ölçüde artırır.
Yüksek performanslı SiC MOSFET'ler daha yüksek verimliliğe ulaşmak için çekirdektir.Daha küçük pasif bileşenlerin kullanılmasına izin vermek ve dönüşüm kayıplarını azaltmakNe yazık ki, bu faktörler SiC MOSFET'leri geçici voltaj dalgalanmalarına karşı hassas hale getirir. Bu nedenle, verimli tasarım genellikle daha gelişmiş koruma şemaları gerektirir.
Ayrıca, SiC MOSFET, üç katlı bir şarj istasyonunun her parçası için en uygun çözüm değildir.Ağ iletişim, ve diğer sistem fonksiyonları. Ana şarj yolu kesilse bile, bu sistemler çalışmaya devam etmelidir. Bu durumda, yüksek güvenilirlikli silikon (Si) diyot cihazları daha iyi bir seçim olabilir.
DC hızlı şarj istasyonunun her bir bölümünün gereksinimlerini anlamak ve uygun ekipman teknolojisini dikkatlice seçmek gerekir.
Yüksek güçlü DC-DC dönüştürme elde etmek için düşük dirençli SiC MOSFET kullanmak
3 seviyeli hızlı şarj istasyonunun DC-DC dönüşüm aşaması, modern SMPS tasarımının karşılaştığı zorlukları göstermektedir.Bu aşamada geleneksel olarak yüksek voltajlı silikon yalıtımlı kapı bipolar transistörleri (IGBT'ler) veya yüksek voltajlı silikon karbid MOSFET'lerin kullanılması gerekmektedir.Her iki yöntem de verimlilik kaybı ile sonuçlanır: IGBT'nin yüksek anahtarlama kaybı vardır, bazı erken SiC MOSFET'lerin ise nispeten yüksek iletkenlik kaybı vardır.Bazı erken yüksek voltajlı SiC MOSFET'lerin on direnci (RDS (ON)) yaklaşık 100 m Ω idi..
Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET serisi, bu soruna ikna edici bir çözüm sunar.Bu düşük direnç özelliği iletkenlik kayıplarını en aza indirebilir ve mükemmel termal performans elde edebilir.
Bu cihazlar 2500 VAC (1 dakika) 'lık bir izolasyon voltaj kapasitesine sahip izole seramikten paketlenmiştir.Bu tasarım ısı alıcıya ısı direncini azaltır ve ısı alıcının kaybolan kapasitesini en aza indirerek elektromanyetik müdahaleyi (EMI) en aza indirgerAynı zamanda, entegrasyonu kolaylaştıran tanıdık TO-247-3L paketini benimsiyor.
IXSJ43N120R1, tipik bir örnektir (Şekil 1). +25 ° C'de cihazın nominal sürekli drenaj akımı ID'si 45 A, RDS (ON) ise 36 m Ω'dır (tipik değer).Ayrıca 79 nC düşük bir kapı şarjı ve 2453 pF bir giriş kapasitansı vardır, daha küçük mıknatıslarla tasarımlar için uygundur.
Littelfuse IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET Görüntü
Şekil 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET, izole TO-247-3L paketiyle, 45 A'lık nominal sürekli akış akımı ID'si ve +25 ° C'de 36 m Ω (tipik değer) RDS (ON) kullanır. (Süret kaynağı:(Küçük füzeler)
IXSJxxN120R1 serisi, yüksek voltajlı engelleme yeteneğini korurken iletkenlik kayıplarını azaltır, tasarımcıların dönüştürücü topolojisini basitleştirmelerini, termal genel masrafları azaltmalarını,ve genel sistem verimliliğini en üst düzeye çıkarmak.
Etkin ön uç performansında anahtar kaybını en aza indir
DC hızlı şarj istasyonunun diğer bölümlerinde, anahtar kaybı dirençten daha önemli olabilir.Aktif ön uç, AC gücünü DC gücüne dönüştürür ve güç faktörü düzeltmesi (PFC) ve harmonik bozulma gereksinimlerini karşılamak için akım dalga şeklini şekillendirirBu aşamada indüktörlerin ve filtrelerin boyutlarını en aza indirmek için daha yüksek anahtarlama frekanslarına güvenilmesi nedeniyle, anahtarlama kayıpları genel verimlilikte önemli bir rol oynar.
Littelfuse'un LSIC1MO120E SiC MOSFET serisi bu yüksek frekanslı uygulamalar için optimize edilmiştir.DC hızlı şarj istasyonlarında ve diğer şebekeye bağlı sistemlerde PFC güçlendirici dönüştürücüleri için çok uygun hale getirir.
Örneğin, LSIC1MO120E0080'in (Şekil 2) +25 °C'de nominal sürekli akış akımı (II) 39 A, R (DSON) 80 m Ω (tipik değer) ve döngü başına anahtarlama enerjisi 252 μ J'dir.Uzatılmış bağlantı sıcaklık aralığı -55 ° C'den +175 ° C'ye kadar, büyük çevresel koşullara sahip açık hava tesisatları için ek tasarım marjını sağlar.