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上海世辉SiC碳化硅MOSFET功率模块业务部

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基本半导体B2M第二代碳化硅MOSFET在DAB,CLLLC拓扑应用中的优势

发布时间:2023-09-16 17:44:02        浏览次数:1        返回列表
 基本半导体B2M第二代碳化硅MOSFET在DAB,CLLLC拓扑应用中的优势 
 
OBC(on-board Charger) 作为汽车充电的重要部件 一般分为 PFC 和 DC-DC两个部分。PFC将输入交流电压整流成直流电压,再通过DC-DC对电池进行充电。
 
新型的OBC支持V2G,V2V等功能,要求功率的双向传输。同时,OBC的输出功率要求逐渐由3.3kW,6.6kW提高到11kW,22kW。新的这些需求也带来对拓扑新的要求,传统的LLC拓扑很明显已经不能适应这些需求。常用的双向隔离DC- DC变换拓扑主要有双向谐振变换器(CLLLC)和双向有源全桥(Dual Active Bridge, DAB)。DAB电路通常只能在较窄功率范围内实现两边开关管的零电压软开关(Zero Voltage Switching, ZVS),且控制相对较复杂。CLLLC电路由于自身谐振网络的对称结构、良好的软开关特性,其对称的电路结构不仅能保证双向运行的一致性,正反向运行时均能在更宽的电压范围和功率变换范围内实现零电压导通和零电流关断。此外,由于CLLLC谐振电流是正弦,其关断损耗比电流为梯形的DAB更小,所以在工业中被广泛使用。
 
CLLC拓扑在LLC拓扑的基础上,副边增加了一个电容,使功率可以双向传输。而CLLLC拓扑的副边在CLLC的基础上增加了一个电感,使电路结构对称。
CLLLC优点:
1.高效(高于98%的峰值效率)
2.设计良好时全范围软开关
3.控制相对简单(调频,burst)
4.二次侧输出EMI小
缺点(大功率):
1.更多的器件(电容)(需要通过大电流)
2.调频范围宽,变压器功率密度相对低,高频时效率下降(需按照最低开关频率设计)
 
DAB拓扑在大功率场合应用较多,尤其是三相DAB可以显著减少输出电压的纹波,减小输出滤波电容的体积。
DAB优点:
1.结构简单(谐振电感集成在变压器中)
2.元器件少(无需多余的谐振电容)
3.三相结构成熟度高(输出电容小),每相电流RMS值小
4.频率固定,对变压器设计有利
5.分支拓扑多,可扩展性强
 
缺点:
1.由于没有谐振腔,电流呈单调线性变化,因此关断电流大,关断损耗大(通过合适的调制方式和SiC MOSFET器件可以部分解决)
2.电压不匹配时,无功电流大,轻载时软开关受限(可通过设计和调制方式解决,但会增加控制的复杂度)
3.效率低(相对CLLC低0.5%左右)
 
在中小功率条件下,LLC/CLLC/CLLLC拓扑由于其优秀的效率和功率密度而成为最优的方案之一。谐振电容的成本和体积在10-20kW功率级别时,并不算大,所以不会显著影响OBC的价格和功率密度。
但是在大功率场合,CLLC滤波电容和谐振电容的成本越发重要。而三相DAB结构简单,不调频,每相电流小,鲁棒性好,可能更加适合大功率DC-DC的设计。
 
CLLC/CLLLC,DAB等实现ZVS主要和功率MOSFET的Coss、关断速度和体二极管压降等参数有关。Coss决定所需谐振电感储能的大小,值越大越难实现ZVS;更快的关断速度可以减少对储能电感能量的消耗,影响体二极管的续流维持时间或者开关两端电压能达到的最低值;因为续流期间的主要损耗为体二极管的导通损耗。B2M跟竞品比,B2M第二代碳化硅MOSFET的Coss更小(115pF),需要的死区时间初始电流小;B2M第二代碳化硅MOSFET抗侧向电流触发寄生BJT的能力更强。B2M第二代碳化硅MOSFET的体二极管的Vf和trr比竞品优势明显。综合来看,相对竞品,在CLLC/CLLLC,DAB电源拓扑应用中B2M第二代碳化硅MOSFET表现会更好.
 
B2M040120Z国产替代英飞凌IMZA120R040M1H,安森美NTH4L040N120M3S以及C3M0040120K,意法SCT040W120G3-4AG。
B2M020120Z国产替代英飞凌IMZA120R020M1H,安森美NTH4L022N120M3S,意法SCT015W120G3-4AG,C3M0021120K。
 
BASiC基本半导体第二代碳化硅MOSFET具有优秀的高频、高压、高温性能,是目前电力电子领域最受关注的宽禁带功率半导体器件。在电力电子系统中应用碳化硅MOSFET器件替代传统硅IGBT器件,可提高功率回路开关频率,提升系统效率及功率密度,降低系统综合成本。  
 
BASiC基本半导体第二代碳化硅MOSFET亮点
更低比导通电阻:BASiC第二代碳化硅MOSFET通过综合优化芯片设计方案,比导通电阻降低约40%,产品性能显著提升。
 
更低器件开关损耗:BASiC第二代碳化硅MOSFET器件Qg降低了约60%,开关损耗降低了约30%。反向传输电容Crss降低,提高器件的抗干扰能力,降低器件在串扰行为下误导通的风险。
 
更高可靠性:BASiC第二代碳化硅MOSFET通过更高标准的HTGB、HTRB和H3TRB可靠性考核,产品可靠性表现出色。
 
更高工作结温:BASiC第二代碳化硅MOSFET工作结温达到175°C,提高器件高温工作能力。
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