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SiC IGBT在电力电子变压器的发展

2020-03-20 15:56 次阅读

SiCSBD和MOS是目前最为常见的 SiC 基的器件,并且 SiC MOS 正在一些领域和IGBT争抢份额。我们都知道,IGBT 结合了 MOS 和 BJT 的优点,第三代宽禁带半导体SiC 材料又具有优于传统 Si 的特性,那么为什么见得最多的却是 SiC MOS,SiC IGBT 在哪儿呢?

我们都知道,Si 基 IGBT 目前依旧处于霸主地位,而随着第三代宽禁带半导体材料 SiC 的发展,有关 SiC 的器件陆续出现,并且尝试着取代 IGBT 应用到的相关行业。如新能源汽车,SiC 功率器件正在全力进入的领域,像特斯拉的 SiC MOS 并联方案,以及各半导体厂家正在全力布局的汽车级 SiC MOS 模块,根据前面我们提到的 SiC 材料的特性,更高功率、高频率以及高功率密度的电控正在慢慢浮出水面。既然 SiC 在材料以及 IGBT 在器件的优势如此明显,那么为什么没有 SiC IGBT 出现?

首先,每个企业的生存考虑到的一个关键因素 -- 成本,就目前 SiC 功率器件而言,价格上并没有太大的优势,可想而知 SiC IGBT 的价格在大多数应用场合是多么的"毫无竞争力"。有些行业已经不是技术为导向,而是成本为主要因素,更是用不到 SiC IGBT。就算"不差钱"的新能源汽车行业目前也仅仅觊觎 SiC MOS。所以,成本是目前 SiC IGBT“生存”的最为关键的因素!

那 SiC IGBT 未来最有可能先出现在哪儿呢?答案就是我们今天要聊到的 -- 电力电子变压器 PET,也称固态变压器 SST 或者智能变压器 ST。一般指通过电力电子技术和高频变压器的组合来实现具有传统工频交流变压器功能但不限于此的新型电力电子设备。

PET 一般应用于中高压场合,电力机车牵引用的车载变流器;智能电网 / 能源互联网以及分布式可再生能源发电并网等。优点:兼容性好、可控性高以及良好的电能质量。下图是基于传统工频交流变压器和电力电子变压器的低压配电网的结构图,大家可以体会一下什么是 PET:

图片来源网络,侵删

目前,PET 依旧有如下的问题或者说是瓶颈:电能转换效率低、功率密度低、造价高和可靠性差等。而瓶颈产生的主要因素是应用其中的功率半导体器件的耐压水平有限,导致 10kV 电压需要采用多单元级联的拓扑,从而导致了功率器件、储能电容电感等数量相当的庞大。

可见,想要有所突破便需要更高耐压、更低损耗的功率半导体器件诞生 --SiC IGBT!

由于 Si 基 IGBT 的电压容量、频率上限、允许工作温度等,应用的 PET 没有再多的突破。而我们前面提到的第三代宽禁带半导体 SiC 的优点,击穿电场特别强、禁带宽度大、电子饱和漂移速度快、热导率高等,使其能够满足更高频率、更高耐压、更高功率等场合,可以使得目前电力电子变压器 PET 突破瓶颈,更上一层楼~

有人就会问,那为什么 SiC MOS 不行呢?这就和我们开篇提到的,除了材料优势,还要有器件优势!随着阻断电压的升高和运行结温的升高,最直观的是 SiC MOS 的通态电阻也会大幅度增加,导致的损耗会很大,使得其并不适合以 10kV 以上电压的设备。而 SiC IGBT 将会有优越的通态特性,以及开关速度和良好的安全工作区域,在 10kV~25kV 的场合"大显身手"。

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发表于 07-31 00:02 680次 阅读

NCV5703 IGBT栅极驱动器 大电流 独立式

3系列是一组高电流,高性能独立式IGBT驱动器,具有非反相输入逻辑,适用于中高功率应用,包括PTC加热器,EV充电器和其他汽车等汽车应用电源。通过消除许多外部组件,这些器件提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括Active Miller Clamp(用于NCV5703A),精确的UVLO,DESAT保护和漏极开路故障输出。这些驱动器还具有精确的5.0 V输出(适用于所有版本)和独立的高低(VOH和VOL)驱动器输出(仅适用于NCV5703C),便于系统设计。这些驱动器设计用于容纳宽电压范围的单极性偏置电源(以及NCV5703B的双极性偏置电源)。所有版本均采用8引脚SOIC封装,符合AEC-Q100标准。 特性 优势 IGBT米勒平台电压下的高电流输出(+ 4.0 / -6.0 A) 降低开关损耗并缩短切换时间 低VOH和VOL 完全增强IGBT 可编程延迟的DESAT保护 增强的可编程保护 活动密勒钳(仅限NCV5703A) 防止假门开启 应用 终端产品 DC-交流变频器 电池充电器 汽车PTC加热器 驱动程序 电机控制 电动汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 207次 阅读

NCV5702 IGBT栅极驱动器 大电流 独立式

2是一款高电流,高性能独立式IGBT驱动器,具有非反相输入逻辑,适用于高功率应用,包括PTC加热器,EV充电器,动力总成逆变器和其他汽车电源等汽车应用。该器件通过消除许多外部元件提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括有源米勒钳位,精确的UVLO,EN输入,DESAT保护和漏极开路故障输出。该驱动器还具有精确的5.0 V输出和独立的高低(VOH和VOL)驱动器输出,便于系统设计。该驱动器设计用于适应宽电压范围的偏置电源,包括单极性和双极性电压。它采用16引脚SOIC封装。符合AEC-Q100标准。 特性 优势 降低开关损耗和缩短开关时间 低VOH和VOL 完全增强IGBT 活动密勒钳 防止伪门开启 可编程延迟的DESAT保护 增强的可编程保护 应用 终端产品 DC-AC逆变器 电池充电器 汽车PTC加热器 板载充电器 xEV充电器 汽车动力总成逆变器 牵引逆变器 电动汽车 EV充电器 牵引 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 182次 阅读

NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

低压差(LDO)线性稳压器将在固定输出电压下提供1.5 A电流。快速环路响应和低压差使该稳压器非常适用于低电压和良好负载瞬态响应非常重要的应用。器件保护包括电流限制,短路保护和热关断。 NCP566采用SOT-223封装。 特性 超快速瞬态响应(
发表于 07-30 08:02 124次 阅读
NCP566 LDO稳压器 1.5 A 超高PSRR 具有快速瞬态响应

NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

4是一款30A POL,适用于在小型电路板占板面积内要求高效率的应用。该器件将DC / DC控制器与两个高效mosfet集成在一个采用热增强型5mm x 6mm QFN封装的信号中。它采用获得专利的增强型斜坡脉冲调制控制架构,可提供超快的负载瞬变,从而减少外部电容和/或提供更好的瞬态容差。与传统的恒定时间控制器相比,新架构还改进了负载调节。 特性 优势 效率高 减少电力损失 快速装载瞬态 减少输出电容的数量 频率选择 优化效率和输出滤波器尺寸的权衡 0.6%准确参考 允许非常精确的输出电压 远程感知 提供准确的输出电压 启用输入和电力良好指标 二手用于控制排序 可调节电流限制 低电流设计的灵活性 可调节软启动 允许控制开启坡道 热增强型QFN封装 改善散热 指定-40C至125C 应用 终端产品 服务器 网络 电信 ASICs servere 存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 449次 阅读

NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压。可调电流限制允许器件用于多个电流水平。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线 300kHz,500kHz和1MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压保护和欠压电压保护 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...
发表于 07-30 04:02 400次 阅读

NCP3231A 高电流同步降压转换器

1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 313次 阅读

NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 158次 阅读

NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 228次 阅读

NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 160次 阅读

NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

C转换器采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,可提供高达30 A的电流。 特性 优势 效率高 降低功耗并减少散热问题 4.5 V至18 V输入范围 允许使用5 V或12 V母线进行操作 综合mosfets 简化设计并提高可靠性 可调节软启动时序,输出电压 设计灵活性 过压,欠压和过流保护 安全启动到预偏置输出 应用 终端产品 高电流POL应用 为asics,fpga和DSP供电 基站 服务器和存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 180次 阅读

NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 220次 阅读