ประสิทธิภาพและความแข็งแกร่งของเครื่องพลังงานสวิตช์โมด (SMPS) ทําให้มันเหมาะสําหรับการใช้งาน เช่น สถานีชาร์จรถไฟฟ้า (EV) เครื่องแปลงแสงอาทิตย์และเครื่องขับเคลื่อนมอเตอร์อุตสาหกรรมอย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้องการของความแรงดันการทํางานที่สูงขึ้นและปัจจุบัน การนําและความสูญเสียความร้อนที่ต่ํากว่าผู้ออกแบบต้องนําเทคโนโลยี MOSFET ของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มาใช้เทคโนโลยีนี้ต้องนําไปผสมผสานกันอย่างรอบคอบกับ MOS gated thyristors และ fast recovery bridge rectifiers เพื่อสร้างระบบการแปลงพลังงานที่ดีที่สุด
บทความนี้นําสถานีชาร์จรถไฟฟ้าเป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายความต้องการของ SMPS. จากนั้น SiC MOSFETs ของ IXYS / LittleFuse ถูกนํามาใช้และวิธีการที่เทคโนโลยีอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน (แต่ละอุปกรณ์ถูกปรับปรุงให้เหมาะสมกับฟังก์ชันวงจรเฉพาะเจาะจง) ถูกนํามารวมกันเพื่อสร้างระบบแปลงพลังงานที่ประสิทธิภาพสูงและคอมแพคต์มากขึ้น.
ภาพรวมของ SMPS ที่ทันสมัย โดยใช้สถานีชาร์จรถไฟฟ้าสาธารณะอย่างรวดเร็วเป็นตัวอย่าง
ประสิทธิภาพเป็นลักษณะสําคัญของ SMPS แต่การใช้งานพลังงานสูงที่ทันสมัยกําลังผลักดันการออกแบบเหล่านี้ไปสู่ขอบเขตใหม่,การสูญเสียประสิทธิภาพ 1% เท่ากับการสูญเสียพลังงาน 3.5 กิโลวัตต์
SiC MOSFET ที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นหลักในการสร้างประสิทธิภาพสูงกว่าการอนุญาตให้ใช้ส่วนประกอบที่ไม่ทํางานขนาดเล็กและลดการสูญเสียในการแปลงโชคไม่ดี, ปัจจัยเหล่านี้ยังทําให้ SiC MOSFETs รู้สึกต่อการกระตุ้นระดับความดันระยะยาว. ดังนั้น, การออกแบบที่ประสิทธิภาพมักต้องมีแผนการป้องกันที่มีความก้าวหน้ามากขึ้น.
นอกจากนี้ SiC MOSFET ก็ไม่ใช่ทางออกที่ดีที่สุดสําหรับทุกส่วนของสถานีชาร์จ 3 ระดับ เช่น สถานีชาร์จสาธารณะต้องการระบบพลังงานเสริมสําหรับปั๊มน้ําเย็นการสื่อสารทางเครือข่าย, และฟังก์ชันระบบอื่น ๆ แม้ว่าเส้นทางการชาร์จหลักจะถูกตัด, ระบบเหล่านี้ต้องดําเนินงานต่อไป. ในกรณีนี้, อุปกรณ์ไดโอเดสซิลิคอน (Si) ความน่าเชื่อถือสูงอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า.
มันจําเป็นต้องเข้าใจความต้องการของแต่ละส่วนของสถานีชาร์จเร็ว DC และเลือกเทคโนโลยีอุปกรณ์ที่เหมาะสมอย่างละเอียด
การใช้ SiC MOSFET ความต้านทานต่ําเพื่อบรรลุการแปลง DC-DC ที่มีพลังงานสูง
ขั้นตอนการแปลง DC-DC ของสถานีการชาร์จเร็ว 3 ระดับแสดงถึงความท้าทายที่เผชิญกับการออกแบบ SMPS ใหม่ เนื่องจากความแรงออกสูงถึง 1 กิโลโวลต์ (kV)ขั้นตอนนี้ตามประเพณีต้องการการใช้ ทรานซิสเตอร์ไบโพลเรตประตูแยกซิลิคอนแรงสูง (IGBTs) หรือ MOSFETs ซิลิคอนคาร์ไบด์แรงสูงวิธีทั้งสองวิธีส่งผลให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพ: IGBT มีการสูญเสียการสลับสูง, ในขณะที่บาง MOSFET SiC ช่วงแรกมีการสูญเสียการนําค่อนข้างสูง. ตัวอย่างเช่น,ความต้านทานในการทํางาน (RDS (ON)) ของ MOSFET SiC ความตึงเครียดสูงในช่วงแรกของบางครั้งอยู่ที่ประมาณ 100 m Ω.
ซีรีย์ Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET ให้คําตอบที่น่าเชื่อถือต่อปัญหานี้.คุณลักษณะความต้านทานต่ํานี้สามารถลดการสูญเสียการนําและบรรลุผลงานความร้อนที่ดีเยี่ยม.
อุปกรณ์เหล่านี้ถูกบรรจุในเซรามิกที่แยกกันด้วยความสามารถความแรงกดกัน 2500 VAC (1 นาที)การออกแบบนี้ลดความต้านทานทางความร้อนต่อเครื่องลดความร้อน และลดการขัดแย้งทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ให้น้อยที่สุด โดยลดความจุที่หายไปของเครื่องลดความร้อนให้น้อยที่สุดในขณะเดียวกัน มันยังนํามาใช้แบบที่คุ้นเคย TO-247-3L ซึ่งทําให้การบูรณาการง่ายขึ้น
IXSJ43N120R1 เป็นตัวอย่างตัวอย่าง (รูป 1) อัตราการระบุกระแสการระบายไฟฟ้าต่อเนื่องของอุปกรณ์ที่ + 25 ° C คือ 45 A และ RDS (ON) คือ 36 m Ω (มูลค่าทั่วไป)มันยังมีการชาร์จประตูต่ํา 79 nC และความจุเข้า 2453 pFทําให้มันเหมาะสําหรับการออกแบบที่มีแม่เหล็กขนาดเล็ก
รูปภาพ MOSFET SiC LITTELFUSE IXSJ43N120R1 1200 วอล
รูปที่ 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET ใช้แพคเกจ TO-247-3L ที่แยกตัว, โดยมีอัตราการระบายไฟฟ้าต่อเนื่องที่ระบุว่าเป็น 45 A และ RDS (ON) เป็น 36 m Ω (มูลค่าทั่วไป) ในอุณหภูมิ + 25 ° C. (แหล่งภาพ:เล็ก ๆ น้อย ๆ
IXSJxxN120R1 ซีรี่ย์ลดการสูญเสียการขับเคลื่อนในขณะที่ยังคงมีความสามารถในการกั้นความแรงดันสูง ทําให้ผู้ออกแบบสามารถปรับปรุงรูปแบบของตัวแปลงง่าย, ลดค่าใช้จ่ายอากาศ,และยกระดับประสิทธิภาพของระบบโดยรวม.
ลดความสูญเสียของสวิตช์ในผลงานด้านหน้า
ในส่วนอื่น ๆ ของสถานีชาร์จเร็ว DC ความสูญเสียสวิทช์อาจสําคัญกว่าความต้านทานด้านหน้าที่ทํางานแปลงพลังงาน AC เป็นพลังงาน DC และออกแบบรูปคลื่นปัจจุบันเพื่อตอบสนองความต้องการของการแก้ไขปัจจัยกําลัง (PFC) และการบิดเบือนฮาร์มอนิกเนื่องจากความพึ่งพาในความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้นในช่วงนี้เพื่อลดขนาดของอินดูเตอร์และฟิลเตอร์ให้น้อยที่สุด ความสูญเสียในการสวิตชิ่งมีบทบาทสําคัญในการประสิทธิภาพโดยรวม
LSIC1MO120E SiC MOSFET ของ Littelfuse ถูกปรับปรุงให้เหมาะสมกับการใช้งานความถี่สูงเหล่านี้ทําให้มันเหมาะสมสําหรับเครื่องปรับ PFC ในสถานีชาร์จเร็ว DC และระบบที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายอื่น ๆ.
ตัวอย่างเช่น กระแสการระบายน้ําต่อเนื่องระดับชื่อ (II) ของ LSIC1MO120E0080 (รูป 2) ที่ + 25 ° C คือ 39 A, R (DSON) คือ 80 m Ω (ค่าทั่วไป) และพลังงานการสลับต่อวงจรคือ 252 μ Jระยะอุณหภูมิที่ขยายออกไปจาก -55 ° C ถึง +175 ° C, ให้โอกาสการออกแบบเพิ่มเติมสําหรับอุปกรณ์ภายนอกที่มีสภาพแวดล้อมที่ใหญ่