國產(chǎn)基本™（BASiC Semiconductor）SiC碳化硅MOSFET在三相熱泵商用空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用-傾佳電子（Changer Tech）專業(yè)分銷

 

適用于三相熱泵商用空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的國產(chǎn)基本™（BASiC Semiconductor）碳化硅MOSFET模塊-傾佳電子（Changer Tech）專業(yè)分銷

 

傾佳電子（Changer Tech）致力于基本公司國產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET在電力電子應(yīng)用中全面取代IGBT，全力推動(dòng)基本公司國產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET加速革掉IGBT的命！Changer Tech is making every effort to promote the domestic BASiC silicon carbide (SiC) MOSFET to accelerate the replacement of IGBT!

 

對(duì)于通用應(yīng)用，SiC 功率器件可以替代 Si IGBT，從而將開關(guān)損耗降低高達(dá) 70% 至 80%，具體取決于轉(zhuǎn)換器和電壓和電流水平。IGBT 相關(guān)的較高損耗可能成為一個(gè)重要的考慮因素。熱管理會(huì)增加使用 IGBT 的成本，而其較慢的開關(guān)速度會(huì)增加電容器和電感器等無源元件的成本。從整體系統(tǒng)成本來看SiC MOSFET加速替代IGBT已經(jīng)成為各類新的電力電子設(shè)計(jì)中的主流趨勢(shì)。SiC MOSFET 更耐熱失控。碳化硅導(dǎo)熱性更強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)備級(jí)散熱和穩(wěn)定的工作溫度。

 

Si IGBT 的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是它們極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、高電壓和高工作條件很常見的電機(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)。SiC MOSFET 更適合溫度較高的環(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，從而有可能減小整體系統(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，其中高精度伺服電機(jī)用于工具臂控制、精密焊接和精確物體放置。

 

SiC 功率器件的卓越材料特性使這些器件能夠以更快的開關(guān)速度、更低的開關(guān)損耗和更薄的有源區(qū)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)效率更高、開關(guān)頻率更高、更節(jié)省空間的設(shè)計(jì)。因此，SiC MOSFET 正成為電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中優(yōu)于傳統(tǒng)硅（IGBT,MOSFET）的首選。

 

 

IGBT芯片技術(shù)不斷發(fā)展，但是從一代芯片到下一代芯片獲得的改進(jìn)幅度越來越小。這表明IGBT每一代新芯片都越來越接近材料本身的物理極限。SiC MOSFET寬禁帶半導(dǎo)體提供了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體總功率損耗的顯著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低開關(guān)損耗，從而提高開關(guān)頻率。進(jìn)一步的，可以優(yōu)化濾波器組件，相應(yīng)的損耗會(huì)下降，從而全面減少系統(tǒng)損耗。通過采用低電感SiC MOSFET功率模塊，與同樣封裝的Si IGBT模塊相比，功率損耗可以降低約70%左右，可以將開關(guān)頻率提5倍（實(shí)現(xiàn)顯著的濾波器優(yōu)化），同時(shí)保持最高結(jié)溫低于最大規(guī)定值。

 

為了保持電力電子系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為了使最終用戶獲得經(jīng)濟(jì)效益，一定程度的效率和緊湊性成為每一種電力電子應(yīng)用功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在。隨著IGBT技術(shù)到達(dá)發(fā)展瓶頸，加上SiC MOSFET絕對(duì)成本持續(xù)下降，使用SiC MOSFET替代升級(jí)IGBT已經(jīng)成為各類型電力電子應(yīng)用的主流趨勢(shì)。

 

IGBT芯片技術(shù)不斷發(fā)展，但是從一代芯片到下一代芯片獲得的改進(jìn)幅度越來越小。這表明IGBT每一代新芯片都越來越接近材料本身的物理極限。SiC MOSFET寬禁帶半導(dǎo)體提供了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體總功率損耗的顯著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低開關(guān)損耗，從而提高開關(guān)頻率。進(jìn)一步的，可以優(yōu)化濾波器組件，相應(yīng)的損耗會(huì)下降，從而全面減少系統(tǒng)損耗。通過采用低電感SiC MOSFET功率模塊，與同樣封裝的Si IGBT模塊相比，功率損耗可以降低約70%左右，可以將開關(guān)頻率提5倍（實(shí)現(xiàn)顯著的濾波器優(yōu)化），同時(shí)保持最高結(jié)溫低于最大規(guī)定值。

 

未來隨著設(shè)備和工藝能力的推進(jìn)，更小的元胞尺寸、更低的比導(dǎo)通電阻、更低的開關(guān)損耗、更好的柵氧保護(hù)是SiC碳化硅MOSFET技術(shù)的主要發(fā)展方向，體現(xiàn)在應(yīng)用端上則是更好的性能和更高的可靠性。

為此，BASiC™基本公司研發(fā)推出更高性能的第三代碳化硅MOSFET，該系列產(chǎn)品進(jìn)一步優(yōu)化鈍化層，提升可靠性，相比上一代產(chǎn)品擁有更低比導(dǎo)通電阻、器件開關(guān)損耗，以及更高可靠性等優(yōu)越性能，可助力光伏儲(chǔ)能、新能源汽車、直流快充、工業(yè)電源、通信電源、伺服驅(qū)動(dòng)、APF/SVG、熱泵驅(qū)動(dòng)、工業(yè)變頻器、逆變焊機(jī)、四象限工業(yè)變頻器等行業(yè)實(shí)現(xiàn)更為出色的能源效率和應(yīng)用可靠性。

 

為滿足光伏儲(chǔ)能領(lǐng)域高電壓、大功率的應(yīng)用需求，BASiC™基本公司基于第二代SiC MOSFET技術(shù)平臺(tái)開發(fā)推出了2000V 24mΩ、1700V 600mΩ高壓系列碳化硅MOSFET，產(chǎn)品具有低導(dǎo)通電阻、低導(dǎo)通損耗、低開關(guān)損耗、支持更高開關(guān)頻率運(yùn)行等特點(diǎn)。

針對(duì)新能源汽車的應(yīng)用需求，BASiC™基本公司研發(fā)推出符合AEC-Q101認(rèn)證和PPAP要求的1200V 80mΩ和40mΩ 的碳化硅MOSFET，可主要應(yīng)用在車載充電機(jī)及汽車空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)中。

B3M040120Z是BASiC™基本公司基于第三代碳化硅MOSFET技術(shù)平臺(tái)開發(fā)的最新產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品進(jìn)一步優(yōu)化鈍化層，提升可靠性，相對(duì)于上一代產(chǎn)品在比導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗以及可靠性方面有更進(jìn)一步提升。

BMF240R12E2G3是BASiC™基本公司基于PcoreTM2 E2B封裝的1200V 5.5mΩ工業(yè)級(jí)全碳化硅半橋功率模塊，產(chǎn)品采用集成的NTC溫度傳感器、Press-Fit壓接技術(shù)以及高封裝可靠性的氮化硅AMB陶瓷基板，在導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗、抗誤導(dǎo)通、抗雙極性退化等方面表現(xiàn)出色。

B2M040120T和B2M080120T是BASiC™基本公司基于第二代碳化硅MOSFET技術(shù)開發(fā)的頂部散熱內(nèi)絕緣的塑封半橋模塊，主要應(yīng)用于OBC、空調(diào)壓縮機(jī)和工業(yè)電源中。

BASiC™基本公司推出可支持米勒鉗位的雙通道隔離驅(qū)動(dòng)芯片BTD25350系列，此驅(qū)動(dòng)芯片專為碳化硅MOSFET門極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，可高效可靠抑制碳化硅MOSFET的誤開通，還可用于驅(qū)動(dòng)MOSFET、IGBT等功率器件。

 

 

為了保持電力電子系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為了使最終用戶獲得經(jīng)濟(jì)效益，一定程度的效率和緊湊性成為每一種電力電子應(yīng)用功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在。隨著IGBT技術(shù)到達(dá)發(fā)展瓶頸，加上SiC MOSFET絕對(duì)成本持續(xù)下降，使用SiC MOSFET替代升級(jí)IGBT已經(jīng)成為各類型電力電子應(yīng)用的主流趨勢(shì)。

 

傾佳電子（Changer Tech）致力于國產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET功率器件在電力電子市場(chǎng)的推廣！Changer Tech-Authorized Distributor of BASiC Semiconductor which committed to the promotion of BASiC™ silicon carbide (SiC) MOSFET power devices in the power electronics market!

 

 

熱泵（英語：heat pump）是將熱量從較低溫下的物質(zhì)或空間傳遞到更高溫度下的另一種物質(zhì)或空間的裝置，也就是使熱能沿自發(fā)熱傳遞的相反方向移動(dòng)。熱泵為完成將能量從熱源傳遞到散熱器這一非自發(fā)過程，須要來自外部的能量。常見的應(yīng)用是暖氣、冷氣和冷凍機(jī)。但術(shù)語“熱泵”更為籠統(tǒng)，適用于用于空間加熱或空間冷卻的許多暖通空調(diào)設(shè)備。

 

熱泵最常見的設(shè)計(jì)包括四個(gè)主要部件–冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器和壓縮機(jī)。循環(huán)通過這些組件的傳熱介質(zhì)稱為制冷劑。

熱泵利用低沸點(diǎn)液體經(jīng)過節(jié)流閥減壓之后蒸發(fā)時(shí)，從較低溫處吸熱，然后經(jīng)壓縮機(jī)將蒸汽壓縮，使溫度升高，在經(jīng)過冷凝器時(shí)放出吸收的熱量而液化后，再回到節(jié)流閥處。如此循環(huán)工作能不斷地把熱量從溫度較低的地方轉(zhuǎn)移給溫度較高（需要熱量）的地方。

 

熱泵比簡(jiǎn)單的電阻加熱器具有更高的能源效率。

 

熱泵按照交流輸入電源可以分為單相熱泵和三相熱泵，其輸出電功率可覆蓋3 kW到幾十千瓦。熱泵的室外機(jī)，主要由三部分構(gòu)成，包含PFC、壓縮機(jī)逆變器和風(fēng)機(jī)逆變器。無論是單相熱泵，還是三相熱泵，都包含了PFC這一功率環(huán)節(jié)。對(duì)于用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流，全球各國以及地區(qū)都制定了明確的法規(guī)，熱泵產(chǎn)品只有滿足了諧波電流法規(guī)要求，才能在所在國家和地區(qū)進(jìn)行銷售，PFC也就是功率因素校正， 則可以有效改善用電設(shè)備的輸入諧波電流并提高其功率因素。

 

根據(jù)用電設(shè)備的輸入相電流大小，可以把用電設(shè)備分為兩大類，適用不同的法規(guī)進(jìn)行諧波電流的市場(chǎng)準(zhǔn)入管理。如圖3，以輸入相電流有效值等于16A為界，當(dāng)用電設(shè)備的輸入相電流有效值小于或者等于16A時(shí)，適用IEC 61000-3-2，對(duì)應(yīng)的國標(biāo)就是GB17625.1，這也是廣大工程師最熟悉的；當(dāng)用電設(shè)備的輸入相電流有效值大于16A時(shí)，則適用IEC61000-3-12。這兩個(gè)主要的諧波電流法規(guī)最近有更新 ， 但內(nèi)容主體 基本不變 。 最 新 的 IEC61000-3-2:熱泵的結(jié)構(gòu)以及諧波電流法規(guī)2:2019+A1-2021，將于2024年4月9日起執(zhí)行；國標(biāo)GB17625.1-2022，將于2024年7月1日起執(zhí)行。

 

對(duì)于輸入相電流有效值小于或者等于16A的三相熱泵產(chǎn)品，目前市場(chǎng)上被動(dòng)式PFC和主動(dòng)式APFC的方案并存，被動(dòng)式PFC方案，可以選用25A的PIM模塊，在整流橋之前加入三相交流電抗器，這種方式簡(jiǎn)單易操作，當(dāng)然，缺點(diǎn)也很明顯，為了滿足諧波電流限值的要求，在單個(gè)交流電抗器上的壓降可達(dá)到輸入相電壓的2%-4%，所以，交流電抗器感值大，效率低，個(gè)頭重，不能安裝在PCB板上，只能安裝到機(jī)殼內(nèi)壁，然后通過導(dǎo)線連接到PCB板上，導(dǎo)致生產(chǎn)線裝配成本也上去了。

只有提高開關(guān)頻率，才能有效減小磁性器件的體積，所以既能滿足諧波電流法規(guī)，又高效，還能把電感或者電抗器安裝到PCB板上的有源PFC方案就成了最優(yōu)選擇， 當(dāng)輸入相電流有效值小于等于16A時(shí)（模塊方案），三相橋的碳化硅MOSFET功率模塊的APFC方案，均可滿足諧波電流限值和板載PFC電感的要求。

 

對(duì)于熱泵應(yīng)用中的輸入諧波電流，被動(dòng)式PFC的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易操作，缺點(diǎn)也很明顯，更換輸入電壓或者功率后，電抗器就得重新去試湊匹配；主動(dòng)式APFC則沒有這個(gè)煩惱，主要的難度在于軟件控制算法層面 。 隨著諧波電流法規(guī)的趨嚴(yán)以及終端客戶的更高要求 ， 采用三相碳化硅MOSFET功率器件解決方案的主動(dòng)式APFC是一個(gè)必然趨勢(shì)。

 

負(fù)載例如熱泵系統(tǒng)可以是無功負(fù)載，也就是，該負(fù)載可具有凈無功分量，該凈無功分量不是運(yùn)行負(fù)載所必須的有功功率的一部分。由供電設(shè)施所提供的功率可以是實(shí)際提供的電流和實(shí)際提供的電壓的乘積，或伏安。由負(fù)載所消耗的測(cè)量功率可以是等于有功功率的瓦特計(jì)測(cè)量值。功率因數(shù)可以通過有功功率除以伏安功率得到。

壓縮機(jī)的功率因數(shù)可部分地取決于壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型。例如，由感應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的固定速度壓縮機(jī)可具有0.95的功率因數(shù)。由變頻器驅(qū)動(dòng)的可變速壓縮機(jī)可具有0.6的功率因數(shù)。功率因數(shù)問題可由功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)解決，該P(yáng)FC系統(tǒng)可以是被動(dòng)的或主動(dòng)的。被動(dòng)PFC系統(tǒng)的示例可以是用于補(bǔ)償電感負(fù)載的電容器組。主動(dòng)PFC系統(tǒng)的示例可以是改變載荷的無功分量以實(shí)現(xiàn)無功負(fù)載的更準(zhǔn)確的匹配的系統(tǒng)。

壓縮機(jī)系統(tǒng)的額定功耗可部分地通過在熱泵系統(tǒng)的低負(fù)載條件下以瓦特為單位測(cè)量功率來確定。因此，熱泵系統(tǒng)的額定功耗可基于功率因數(shù)校正對(duì)從供電設(shè)施獲取的電流影響很小的條件。