適用于固態(tài)斷路器SSCB的國產(chǎn)BASiC基本第二代碳化硅MOSFET-傾佳電子專業(yè)分銷

 

直流配電應(yīng)用中用于固態(tài)斷路器的BASiC基本國產(chǎn)第二代SiC碳化硅MOSFET-傾佳電子專業(yè)分銷

 

BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET兩大主要特色：

 

1.出類拔萃的可靠性：相對(duì)競品較為充足的設(shè)計(jì)余量來確保大規(guī)模制造時(shí)的器件可靠性。

BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET 1200V系列擊穿電壓BV值實(shí)測在1700V左右，高于市面主流競品，擊穿電壓BV設(shè)計(jì)余量可以抵御碳化硅襯底外延材料及晶圓流片制程的擺動(dòng)，能夠確保大批量制造時(shí)的器件可靠性，這是BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET最關(guān)鍵的品質(zhì). 

 

2.可圈可點(diǎn)的器件性能：同規(guī)格較小的Crss帶來出色的開關(guān)性能。

BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET反向傳輸電容Crss 在市面主流競品中是比較小的，帶來關(guān)斷損耗Eoff也是市面主流產(chǎn)品中非常出色的，優(yōu)于部分海外競品，特別適用于LLC應(yīng)用.

Ciss：輸入電容（Ciss＝Cgd＋Cgs） ⇒柵極-漏極和柵極-源極電容之和：它影響延遲時(shí)間；Ciss越大，延遲時(shí)間越長。BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET 優(yōu)于主流競品。

Crss：反向傳輸電容（Crss＝Cgd） ⇒柵極-漏極電容：Crss越小，漏極電流上升特性越好，這有利于MOSFET的損耗，在開關(guān)過程中對(duì)切換時(shí)間起決定作用，高速驅(qū)動(dòng)需要低Crss。

Coss：輸出電容（Coss＝Cgd＋Cds）⇒柵極-漏極和漏極-源極電容之和：它影響關(guān)斷特性和輕載時(shí)的損耗。如果Coss較大，關(guān)斷dv／dt減小，這有利于噪聲。但輕載時(shí)的損耗增加。

基本B2M第二代碳化硅MOSFET器件主要特色：

• 比導(dǎo)通電阻降低40%左右

• Qg降低了60%左右

• 開關(guān)損耗降低了約30%

• 降低Coss參數(shù)，更適合軟開關(guān)

• 降低Crss，及提高Ciss/Crss比值,降低器件在串?dāng)_行為下誤導(dǎo)通風(fēng)險(xiǎn)

• 最大工作結(jié)溫175℃• HTRB、 HTGB+、 HTGB-可靠性按結(jié)溫Tj=175℃通過測試

• 優(yōu)化柵氧工藝，提高可靠性

• 高可靠性鈍化工藝

• 優(yōu)化終端環(huán)設(shè)計(jì)，降低高溫漏電流

• AEC-Q101

 

輸電和配電系統(tǒng)以及敏感設(shè)備需要針對(duì)長期過載和瞬態(tài)短路情況提供保護(hù)。隨著電氣系統(tǒng)和電動(dòng)汽車使用越來越高的電壓，最大潛在故障電流比以往任何時(shí)候都高。針對(duì)這些大電流故障的保護(hù)需要超快的交流和直流斷路器。雖然機(jī)械斷路器歷來是該應(yīng)用最受歡迎的選擇，但日益嚴(yán)格的操作要求使得 固態(tài)斷路器SSCB 更受歡迎。與機(jī)械方法相比，它們有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

 

堅(jiān)固性和可靠性：機(jī)械斷路器包含運(yùn)動(dòng)部件，這使得它們很脆弱。這意味著它們很容易因運(yùn)動(dòng)而損壞或意外絆倒，并且在其使用壽命期間每次重置時(shí)都會(huì)受到磨損。相比之下，由于 固態(tài)斷路器SSCB 不包含移動(dòng)部件，因此更加堅(jiān)固，并且不太可能遭受意外損壞，從而能夠重復(fù)使用數(shù)千次。

溫度靈活性：機(jī)械斷路器的工作溫度取決于其構(gòu)造中使用的材料并限制工作溫度。固態(tài)斷路器SSCB 的工作溫度高于機(jī)械斷路器，且可設(shè)定。

遠(yuǎn)程配置：一旦跳閘，人們必須手動(dòng)重置機(jī)械斷路器，這既耗時(shí)又昂貴，特別是在跨多個(gè)安裝時(shí)，而且還可能產(chǎn)生安全隱患。固態(tài)斷路器SSCB 可以使用有線或無線連接遠(yuǎn)程重置。

更快的切換且無電弧：當(dāng)機(jī)械斷路器切換時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電弧和電壓波動(dòng)，足以損壞負(fù)載設(shè)備。在 固態(tài)斷路器SSCB 中使用軟啟動(dòng)方法可以防止這些感應(yīng)電壓尖峰和電容浪涌電流的影響，如果發(fā)生故障，開關(guān)速度要快得多，大約幾微秒。

靈活的額定電流：機(jī)械斷路器具有固定的額定電流，而 固態(tài)斷路器SSCB 的額定電流是可編程的。減小尺寸和成本：與機(jī)械斷路器相比，固態(tài)斷路器SSCB 減輕了重量，顯著減輕重量并占用更少的空間。

 

快速反應(yīng)時(shí)間是直流系統(tǒng)的一項(xiàng)重要要求，這使得 固態(tài)斷路器SSCB 成為理想的選擇。結(jié)合 BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)一步提高 SSCB 響應(yīng)時(shí)間及其效率（低傳導(dǎo)損耗），同時(shí)還可能提高其功率密度（低冷卻要求）。

全固態(tài)斷路器是指完全由功率半導(dǎo)體器件代替機(jī)械開關(guān)的斷路器，全固態(tài)斷路器又可分為半控型全固態(tài)斷路器和全控型固態(tài)斷路器，全固態(tài)斷路器通常包括固態(tài)開關(guān)電路、緩沖電路、檢測單元以及控制單元等部分。與硅功率半導(dǎo)體器件相比，SiC MOSFET碳化硅功率半導(dǎo)體器件具有較低的通態(tài)電阻，可以減少直流固態(tài)斷路器的通態(tài)損耗，減輕冷卻壓力。

相比其他類型斷路器，固態(tài)斷路器雖然切斷速度快，但是其成本較高高，價(jià)格昂貴，同時(shí)其同步控制以及電壓、電流均衡化問題也很突出，BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET在可靠性提高、成本降低、速度提高、復(fù)雜性降低等為客戶提供價(jià)值，固態(tài)斷路器未來將向智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展，如何降低成本、提高可靠性以及降低損耗等問題仍然是研的重點(diǎn)。

采用BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET代理冷卻性好、低成本、低損耗、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)。

 

機(jī)械斷路器具有較低的功率損耗和較高的功率密度，目前比固態(tài)斷路器SSCB 便宜。盡管如此，它們?nèi)匀蝗菀滓蛑貜?fù)使用而磨損，并且需要與重置或更換相關(guān)的昂貴的手動(dòng)維護(hù)。隨著電動(dòng)汽車采用率的不斷提高，對(duì)斷路器和SiC碳化硅MOSFET器件的需求將繼續(xù)增長，從而使SiC碳化硅MOSFET的成本競爭力日益增強(qiáng)，并增加SiC碳化硅MOSFET在 SSCB 解決方案中使用的吸引力。隨著SiC碳化硅MOSFET工藝技術(shù)的進(jìn)步，SiC碳化硅MOSFET的導(dǎo)通電阻進(jìn)一步下降，最終達(dá)到與機(jī)械斷路器相當(dāng)?shù)乃?，功率損耗將變得不再是問題。由基于SiC碳化硅MOSFET的器件構(gòu)建的 SSCB 具有快速開關(guān)、無電弧以及通過零維護(hù)顯著節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)加速替代升級(jí)現(xiàn)有的機(jī)械斷路器。

 

碳化硅 (SiC) MOSFET出色的材料特性使得能夠設(shè)計(jì)快速開關(guān)單極型器件，替代升級(jí)雙極型 IGBT  （絕緣柵雙極晶體管）開關(guān)。碳化硅 (SiC) MOSFET替代IGBT可以得到更高的效率、更高的開關(guān)頻率、更少的散熱和節(jié)省空間——這些好處反過來也降低了總體系統(tǒng)成本。SiC-MOSFET的Vd-Id特性的導(dǎo)通電阻特性呈線性變化，在低電流時(shí)SiC-MOSFET比IGBT具有優(yōu)勢(shì)。

與IGBT相比，SiC-MOSFET的開關(guān)損耗可以大幅降低。采用硅 IGBT 的電力電子裝置有時(shí)不得不使用三電平拓?fù)鋪韮?yōu)化效率。當(dāng)改用碳化硅 (SiC) MOSFET時(shí)，可以使用簡單的兩級(jí)拓?fù)洹Ｒ虼怂璧墓β试?shù)量實(shí)際上減少了一半。這不僅可以降低成本，還可以減少可能發(fā)生故障的組件數(shù)量。SiC MOSFET 不斷改進(jìn)，并越來越多地加速替代以 Si IGBT 為主的應(yīng)用。 SiC MOSFET 幾乎可用于目前使用 Si IGBT 的任何需要更高效率和更高工作頻率的應(yīng)用。這些應(yīng)用范圍廣泛，從太陽能和風(fēng)能逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)到感應(yīng)加熱系統(tǒng)和高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

 

隨著自動(dòng)化制造、電動(dòng)汽車、先進(jìn)建筑系統(tǒng)和智能電器等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)增強(qiáng)這些機(jī)電設(shè)備的控制、效率和功能的需求也在增長。碳化硅 MOSFET (SiC MOSFET) 的突破重新定義了歷史上使用硅 IGBT (Si IGBT) 進(jìn)行功率逆變的電動(dòng)機(jī)的功能。這項(xiàng)創(chuàng)新擴(kuò)展了幾乎每個(gè)行業(yè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的能力。Si IGBT 因其高電流處理能力、快速開關(guān)速度和低成本而歷來用于直流至交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。最重要的是，Si IGBT 具有高額定電壓、低電壓降、低電導(dǎo)損耗和熱阻抗，使其成為制造系統(tǒng)等高功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的明顯選擇。然而，Si IGBT 的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是它們非常容易受到熱失控的影響。當(dāng)器件溫度不受控制地升高時(shí)，就會(huì)發(fā)生熱失控，導(dǎo)致器件發(fā)生故障并最終失效。在高電流、電壓和工作條件常見的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，例如電動(dòng)汽車或制造業(yè)，熱失控可能是一個(gè)重大的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

 

電力電子轉(zhuǎn)換器提高開關(guān)頻率一直是研發(fā)索所追求的方向，因?yàn)橄嚓P(guān)組件（特別是磁性元件）可以更小，從而產(chǎn)生小型化優(yōu)勢(shì)并節(jié)省成本。然而，所有器件的開關(guān)損耗都與頻率成正比。IGBT 由于“拖尾電流”以及較高的門極電容的充電/放電造成的功率損耗，IGBT 很少在 20KHz 以上運(yùn)行。SiC MOSFET在更快的開關(guān)速度和更低的功率損耗方面提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。IGBT 經(jīng)過多年的高度改進(jìn)，使得實(shí)現(xiàn)性能顯著改進(jìn)變得越來越具有挑戰(zhàn)性。例如，很難降低總體功率損耗，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的 IGBT 設(shè)計(jì)中，降低傳導(dǎo)損耗通常會(huì)導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。

 

作為應(yīng)對(duì)這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的解決方案，SiC MOSFET 具有更強(qiáng)的抗熱失控能力。碳化硅 的導(dǎo)熱性更好，可以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)備級(jí)散熱和穩(wěn)定的工作溫度。SiC MOSFET 更適合較溫暖的環(huán)境條件空間，例如汽車和工業(yè)應(yīng)用。此外，鑒于其導(dǎo)熱性，SiC MOSFET 可以消除對(duì)額外冷卻系統(tǒng)的需求，從而有可能減小總體系統(tǒng)尺寸并降低系統(tǒng)成本。

 

由于 SiC MOSFET 的工作開關(guān)頻率比 Si IGBT 高得多，因此它們非常適合需要精確電機(jī)控制的應(yīng)用。高開關(guān)頻率在自動(dòng)化制造中至關(guān)重要，高精度伺服電機(jī)用于工具臂控制、精密焊接和精確物體放置。此外，與 Si IGBT 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)相比，SiC MOSFET 的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它們能夠嵌入電機(jī)組件中，電機(jī)控制器和逆變器嵌入與電機(jī)相同的外殼內(nèi)。使用SiC MOSFET 作為變頻器或者伺服驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于 MOSFET 的線性損耗與負(fù)載電流的關(guān)系，它可以在所有功率級(jí)別保持效率曲線“平坦”。SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動(dòng)器的柵極電阻的選擇是為了首先避免使用外部輸出濾波器，以保護(hù)電機(jī)免受高 dv/dt 的影響（只有電機(jī)電纜長度才會(huì)衰減 dv/dt）。 SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動(dòng)器相較于IGBT變頻伺服驅(qū)動(dòng)器在高開關(guān)頻率下的巨大效率優(yōu)越性.

 

盡管 SiC MOSFET 本身成本較高，但某些應(yīng)用可能會(huì)看到整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的價(jià)格下降（通過減少布線、無源元件、熱管理等），并且與 Si IGBT 系統(tǒng)相比總體上可能更便宜。這種成本節(jié)省可能需要在兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)和成本研究分析，但可能會(huì)提高效率并節(jié)省成本?；?SiC 的逆變器使電壓高達(dá) 800 V 的電氣系統(tǒng)能夠顯著延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程并將充電時(shí)間縮短一半。

 

碳化硅 (SiC) MOSFET功率半導(dǎo)體技術(shù)代表了電力電子領(lǐng)域的根本性變革。SiC MOSFET 的價(jià)格比 Si MOSFET 或 Si IGBT 貴。然而，在評(píng)估碳化硅 (SiC) MOSFET提供的整體電力電子系統(tǒng)價(jià)值時(shí)，需要考慮整個(gè)電力電子系統(tǒng)和節(jié)能潛力。需要仔細(xì)考慮以下電力電子系統(tǒng)節(jié)?。?第一降低無源元件成本，無源功率元件的成本在總體BOM成本中占主導(dǎo)地位。提高開關(guān)頻率提供了一種減小這些器件的尺寸和成本的方法。 第二降低散熱要求，使用碳化硅 (SiC) MOSFET可顯著降低散熱器溫度高達(dá) 50%，從而縮小散熱器尺寸和/或消除風(fēng)扇，從而降低設(shè)備生命周期內(nèi)的能源成本。 通常的誘惑是在計(jì)算價(jià)值主張時(shí)僅考慮系統(tǒng)的組件和制造成本。在考慮碳化硅 (SiC) MOSFET的在電力電子系統(tǒng)里的價(jià)值時(shí)，考慮節(jié)能非常重要。在電力電子設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)節(jié)省能源成本是碳化硅 (SiC) MOSFET價(jià)值主張的一個(gè)重要部分。