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SiC碳化硅MOSFET功率模塊在儲能變流器PCS中的應用

   日期:2024-05-27     瀏覽:50    評論:0    
核心提示:基本(BASiC Semiconductor)PcoreTM2 E2B 全碳化硅半橋MOSFET模塊-工業級全碳化硅功率模塊-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷Pc
 基本™(BASiC Semiconductor)PcoreTM2 E2B 全碳化硅半橋MOSFET模塊-工業級全碳化硅功率模塊-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷
PcoreTM2 E2B 全碳化硅半橋MOSFET模塊BMF240R12E2G3 BMF240R12E2C4-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷
適用于電動垂直起降飛行器eVTOL(electric Vertical Take-off and Landing,即電動垂直起降飛行器)SiC碳化硅MOSFET功率模塊,飛行汽車(eVTOL)汽車級全碳化硅功率模塊,eVTOL電機驅動碳化硅功率模塊-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷
基本™(BASiC Semiconductor)SOT227碳化硅MOSFET模塊B2M012120N
適用于液冷大型儲能集中式PCS的全碳化硅MOSFET功率模塊-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷
適用于液冷充電樁電源的基本™(BASiC Semiconductor)SiC碳化硅MOSFET模塊-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷
適用于三相三電平維也納PFC的基本™(BASiC Semiconductor)SiC碳化硅MOSFET模塊-傾佳電子(Changer Tech)專業分銷
 
IGBT芯片技術不斷發展,但是從一代芯片到下一代芯片獲得的改進幅度越來越小。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寬禁帶半導體提供了實現半導體總功率損耗的顯著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低開關損耗,從而提高開關頻率。進一步的,可以優化濾波器組件,相應的損耗會下降,從而全面減少系統損耗。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,可以將開關頻率提5倍(實現顯著的濾波器優化),同時保持最高結溫低于最大規定值。
 
為了保持電力電子系統競爭優勢,同時也為了使最終用戶獲得經濟效益,一定程度的效率和緊湊性成為每一種電力電子應用功率轉換應用的優勢所在。隨著IGBT技術到達發展瓶頸,加上SiC MOSFET絕對成本持續下降,使用SiC MOSFET替代升級IGBT已經成為各類型電力電子應用的主流趨勢。
 
傾佳電子(Changer Tech)致力于國產碳化硅(SiC)MOSFET功率器件在電力電子市場的推廣!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!
 
對于通用應用,SiC 功率器件可以替代 Si IGBT,從而將開關損耗降低高達 70% 至 80%,具體取決于轉換器和電壓和電流水平。IGBT 相關的較高損耗可能成為一個重要的考慮因素。熱管理會增加使用 IGBT 的成本,而其較慢的開關速度會增加電容器和電感器等無源元件的成本。從整體系統成本來看SiC MOSFET加速替代IGBT已經成為各類新的電力電子設計中的主流趨勢。SiC MOSFET 更耐熱失控。碳化硅導熱性更強,可實現更好的設備級散熱和穩定的工作溫度。
 
Si IGBT 的一個顯著缺點是它們極易受到熱失控的影響。當器件溫度不受控制地升高時,就會發生熱失控,導致器件發生故障并最終失效。在高電流、高電壓和高工作條件很常見的電機驅動應用中,例如電動汽車或制造業,熱失控可能是一個重大的設計風險。SiC MOSFET 更適合溫度較高的環境條件空間,例如汽車和工業應用。此外,鑒于其導熱性,SiC MOSFET 可以消除對額外冷卻系統的需求,從而有可能減小整體系統尺寸并降低系統成本。由于 SiC MOSFET 的工作開關頻率比 Si IGBT 高得多,因此它們非常適合需要精確電機控制的應用。高開關頻率在自動化制造中至關重要,其中高精度伺服電機用于工具臂控制、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速度、更低的開關損耗和更薄的有源區運行,從而實現效率更高、開關頻率更高、更節省空間的設計。因此,SiC MOSFET 正成為電源轉換應用中優于傳統硅(IGBT,MOSFET)的首選。
 
 
碳化硅(SiC)功率模塊在工業市場有許多應用。這些模塊通常用于提高電能轉換和控制系統的效率,同時在高溫和高頻率環境下表現良好。以下是碳化硅功率模塊在工業市場中的一些主要應用:
電機驅動和控制: 碳化硅功率模塊可用于工業電機驅動系統,提供高效率和高功率密度,降低能源損耗。
電源和逆變器: 在工業設備中,SiC功率模塊可用于設計高效率的電源和逆變器,適用于工業自動化、機床和其他高功率應用。
可再生能源系統: 碳化硅功率模塊在太陽能逆變器和風力發電系統中得到廣泛應用,提高了能源轉換效率。
焊接設備: 在工業焊接系統中,SiC功率模塊可以提供更高的功率密度、更高的頻率響應和更高的效率。
電力傳輸與分配: SiC功率模塊可用于電力輸配系統,提供高效的電力轉換和分配。
電氣化交通: 在高速列車和電動汽車中,碳化硅功率模塊可以提供更高的功率密度,減輕設備重量,提高系統效率。
工業加熱系統: 在高溫加熱系統中,SiC功率模塊可以提供更高的溫度穩定性和更高的效率。
這些應用表明碳化硅功率模塊在工業環境中能夠提供更高效、更可靠的解決方案,有助于提高系統性能并減少能源消耗。
 
對于通用應用,SiC 功率器件可以替代 Si IGBT,從而將開關損耗降低高達 70% 至 80%,具體取決于轉換器和電壓和電流水平。IGBT 相關的較高損耗可能成為一個重要的考慮因素。熱管理會增加使用 IGBT 的成本,而其較慢的開關速度會增加電容器和電感器等無源元件的成本。從整體系統成本來看SiC MOSFET加速替代IGBT已經成為各類新的電力電子設計中的主流趨勢。SiC MOSFET 更耐熱失控。碳化硅導熱性更強,可實現更好的設備級散熱和穩定的工作溫度。
 
Si IGBT 的一個顯著缺點是它們極易受到熱失控的影響。當器件溫度不受控制地升高時,就會發生熱失控,導致器件發生故障并最終失效。在高電流、高電壓和高工作條件很常見的電機驅動應用中,例如電動汽車或制造業,熱失控可能是一個重大的設計風險。SiC MOSFET 更適合溫度較高的環境條件空間,例如汽車和工業應用。此外,鑒于其導熱性,SiC MOSFET 可以消除對額外冷卻系統的需求,從而有可能減小整體系統尺寸并降低系統成本。由于 SiC MOSFET 的工作開關頻率比 Si IGBT 高得多,因此它們非常適合需要精確電機控制的應用。高開關頻率在自動化制造中至關重要,其中高精度伺服電機用于工具臂控制、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速度、更低的開關損耗和更薄的有源區運行,從而實現效率更高、開關頻率更高、更節省空間的設計。因此,SiC MOSFET 正成為電源轉換應用中優于傳統硅(IGBT,MOSFET)的首選。
 
 
BASiC基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET兩大主要特色:
 
1.出類拔萃的可靠性:相對競品較為充足的設計余量來確保大規模制造時的器件可靠性。
BASiC基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET 1200V系列擊穿電壓BV值實測在1700V左右,高于市面主流競品,擊穿電壓BV設計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,能夠確保大批量制造時的器件可靠性,這是BASiC基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET最關鍵的品質. BASiC基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET雪崩耐量裕量相對較高,也增強了在電力電子系統應用中的可靠性。
 
2.可圈可點的器件性能:同規格較小的Crss帶來出色的開關性能。
BASiC基本™(BASiC Semiconductor)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,帶來關斷損耗Eoff也是非常出色的,優于部分海外競品,特別適用于LLC應用,典型應用如充電樁電源模塊后級DC-DC應用。
 
Ciss:輸入電容(Ciss=Cgd+Cgs) ⇒柵極-漏極和柵極-源極電容之和:它影響延遲時間;Ciss越大,延遲時間越長。BASiC基本™(BASiC Semiconductor)第二代SiC碳化硅MOSFET 優于主流競品。
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,在開關過程中對切換時間起決定作用,高速驅動需要低Crss。
Coss:輸出電容(Coss=Cgd+Cds)⇒柵極-漏極和漏極-源極電容之和:它影響關斷特性和輕載時的損耗。如果Coss較大,關斷dv/dt減小,這有利于噪聲。但輕載時的損耗增加。
 
基本™(BASiC Semiconductor)B2M第二代碳化硅MOSFET器件主要特色:
• 比導通電阻降低40%左右
• Qg降低了60%左右
• 開關損耗降低了約30%
• 降低Coss參數,更適合軟開關
• 降低Crss,及提高Ciss/Crss比值,降低器件在串擾行為下誤導通風險
• 最大工作結溫175℃• HTRB、 HTGB+、 HTGB-可靠性按結溫Tj=175℃通過測試
• 優化柵氧工藝,提高可靠性
• 高可靠性鈍化工藝
• 優化終端環設計,降低高溫漏電流
• AEC-Q101
 
基本™(BASiC Semiconductor)推出工業級全碳化硅MOSFET功率模塊Pcore™2 E2B,BMF240R12E2G3基于高性能 6英寸晶圓平臺設計,在比導通電阻、開關損耗、抗誤導通、抗雙極性退化等方面表現出色。
 
BMF240R12E2G3 BMF240R12E2C4可以替代英飛凌FF4MR12W2M1H_B70,FF6MR12W2M1HP_B11,FF6MR12W2M1H_B11,安森美NXH006P120MNF2,wolfspeed的CAB006A12GM3T,CAB006M12GM3T,CAB006M12GM3,CAB006A12GM3。
 
 
產品優勢
- 更穩定導通電阻
新型內部構造極大抑制了碳化硅晶體缺陷引起的Rds(on)波動。
- 更優異抗噪特性
寬柵-源電壓范圍(Vgss: -10V~+25V),及更高閾值電壓范圍(Vth: 3V~5V),便于柵極驅動設計。
- 更高可靠性
高性能氮化硅AMB陶瓷基板及高溫焊料引入,改善長期高溫度沖擊循環的CTE失配。
 
應用領域:燃料電池DCDC、數據中心UPS、大功率快速充電樁等。
 
傾佳電子(Changer Tech)專業分銷基本™(BASiC Semiconductor)國產車規級碳化硅(SiC)MOSFET,國產車規級AEC-Q101碳化硅(SiC)MOSFET,國產車規級PPAP碳化硅(SiC)MOSFET,全碳化硅MOSFET模塊,Easy封裝全碳化硅MOSFET模塊,62mm封裝全碳化硅MOSFET模塊,Full SiC Module,SiC MOSFET模塊適用于超級充電樁,V2G充電樁,高壓柔性直流輸電智能電網(HVDC),空調熱泵驅動,機車輔助電源,儲能變流器PCS,光伏逆變器,超高頻逆變焊機,超高頻伺服驅動器,高速電機變頻器等,光伏逆變器專用直流升壓模塊BOOST Module,儲能PCS變流器ANPC三電平碳化硅MOSFET模塊,光儲碳化硅MOSFET。專業分銷基本™(BASiC Semiconductor)SiC碳化硅MOSFET模塊及分立器件,全力支持中國電力電子工業發展!
 
汽車級全碳化硅功率模塊是BASiC基本™(BASiC Semiconductor)為新能源汽車主逆變器應用需求而研發推出的系列MOSFET功率模塊產品,包括Pcore™6‍汽車級HPD模塊、‍Pcore™2‍汽車級DCM模塊、‍Pcore™1‍汽車級TPAK模塊、Pcore™2‍汽車級ED3模塊等,采用銀燒結技術等BASiC基本™(BASiC Semiconductor)最新的碳化硅 MOSFET 設計生產工藝,綜合性能達到國際先進水平,通過提升動力系統逆變器的轉換效率,進而提高新能源汽車的能源效率和續航里程。主要產品規格有:BMS800R12HWC4_B02,BMS600R12HWC4_B01,BMS950R12HWC4_B02,BMS700R12HWC4_B01,BMS800R12HLWC4_B02,BMS600R12HLWC4_B01,BMS950R12HLWC4_B02,BMS700R12HLWC4_B01,BMF800R12FC4,BMF600R12FC4,BMF950R08FC4,BMF700R08FC4,BMZ200R12TC4,BMZ250R08TC4
 
傾佳電子(Changer Tech)專業分銷BASiC基本™(BASiC Semiconductor)碳化硅(SiC)MOSFET專用雙通道隔離驅動芯片BTD25350,原方帶死區時間設置,副方帶米勒鉗位功能,為碳化硅功率器件SiC MOSFET驅動而優化。
BTD25350適用于以下碳化硅功率器件應用場景:
充電樁中后級LLC用SiC MOSFET 方案
光伏儲能BUCK-BOOST中SiC MOSFET方案
高頻APF,用兩電平的三相全橋SiC MOSFET方案
空調壓縮機三相全橋SiC MOSFET方案
OBC后級LLC中的SIC MOSFET方案
服務器交流側圖騰柱PFC高頻臂GaN或者SiC方案
 
碳化硅MOSFET具有優秀的高頻、高壓、高溫性能,是目前電力電子領域最受關注的寬禁帶功率半導體器件。在電力電子系統中應用碳化硅MOSFET器件替代傳統硅IGBT器件,可提高功率回路開關頻率,提升系統效率及功率密度,降低系統綜合成本。適用于高性能變換器電路與數字化先進控制、高效率 DC/DC 拓撲與控制,雙向 AC/DC、電動汽車車載充電機(OBC)/雙向OBC、車載電源、集成化 OBC ,雙向 DC/DC、多端口 DC/DC 拓撲與控制,直流配網的電力電子變換器。
 
基本™(BASiC Semiconductor)第二代碳化硅MOSFET系列新品基于6英寸晶圓平臺進行開發,比上一代產品在比導通電阻、開關損耗以及可靠性等方面表現更為出色。在原有TO-247-3、TO-247-4封裝的產品基礎上,基本™(BASiC Semiconductor)還推出了帶有輔助源極的TO-247-4-PLUS、TO-263-7及SOT-227封裝的碳化硅MOSFET器件,以更好地滿足客戶需求。
 
基本™(BASiC Semiconductor)第二代碳化硅MOSFET亮點
更低比導通電阻:第二代碳化硅MOSFET通過綜合優化芯片設計方案,比導通電阻降低約40%,產品性能顯著提升。
 
更低器件開關損耗:第二代碳化硅MOSFET器件Qg降低了約60%,開關損耗降低了約30%。反向傳輸電容Crss降低,提高器件的抗干擾能力,降低器件在串擾行為下誤導通的風險。
 
更高可靠性:第二代碳化硅MOSFET通過更高標準的HTGB、HTRB和H3TRB可靠性考核,產品可靠性表現出色。
 
更高工作結溫:第二代碳化硅MOSFET工作結溫達到175°C,提高器件高溫工作能力。
 
碳化硅 (SiC) MOSFET出色的材料特性使得能夠設計快速開關單極型器件,替代升級雙極型 IGBT  (絕緣柵雙極晶體管)開關。碳化硅 (SiC) MOSFET替代IGBT可以得到更高的效率、更高的開關頻率、更少的散熱和節省空間——這些好處反過來也降低了總體系統成本。SiC-MOSFET的Vd-Id特性的導通電阻特性呈線性變化,在低電流時SiC-MOSFET比IGBT具有優勢。
與IGBT相比,SiC-MOSFET的開關損耗可以大幅降低。采用硅 IGBT 的電力電子裝置有時不得不使用三電平拓撲來優化效率。當改用碳化硅 (SiC) MOSFET時,可以使用簡單的兩級拓撲。因此所需的功率元件數量實際上減少了一半。這不僅可以降低成本,還可以減少可能發生故障的組件數量。SiC MOSFET 不斷改進,并越來越多地加速替代以 Si IGBT 為主的應用。 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用。這些應用范圍廣泛,從太陽能和風能逆變器和電機驅動到感應加熱系統和高壓 DC/DC 轉換器。
 
隨著自動化制造、電動汽車、先進建筑系統和智能電器等行業的發展,對增強這些機電設備的控制、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) 進行功率逆變的電動機的功能。這項創新擴展了幾乎每個行業的電機驅動應用的能力。Si IGBT 因其高電流處理能力、快速開關速度和低成本而歷來用于直流至交流電機驅動應用。最重要的是,Si IGBT 具有高額定電壓、低電壓降、低電導損耗和熱阻抗,使其成為制造系統等高功率電機驅動應用的明顯選擇。然而,Si IGBT 的一個顯著缺點是它們非常容易受到熱失控的影響。當器件溫度不受控制地升高時,就會發生熱失控,導致器件發生故障并最終失效。在高電流、電壓和工作條件常見的電機驅動應用中,例如電動汽車或制造業,熱失控可能是一個重大的設計風險。
 
電力電子轉換器提高開關頻率一直是研發索所追求的方向,因為相關組件(特別是磁性元件)可以更小,從而產生小型化優勢并節省成本。然而,所有器件的開關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 以上運行。SiC MOSFET在更快的開關速度和更低的功率損耗方面提供了巨大的優勢。IGBT 經過多年的高度改進,使得實現性能顯著改進變得越來越具有挑戰性。例如,很難降低總體功率損耗,因為在傳統的 IGBT 設計中,降低傳導損耗通常會導致開關損耗增加。
 
作為應對這一設計挑戰的解決方案,SiC MOSFET 具有更強的抗熱失控能力。碳化硅 的導熱性更好,可以實現更好的設備級散熱和穩定的工作溫度。SiC MOSFET 更適合較溫暖的環境條件空間,例如汽車和工業應用。此外,鑒于其導熱性,SiC MOSFET 可以消除對額外冷卻系統的需求,從而有可能減小總體系統尺寸并降低系統成本。
 
由于 SiC MOSFET 的工作開關頻率比 Si IGBT 高得多,因此它們非常適合需要精確電機控制的應用。高開關頻率在自動化制造中至關重要,高精度伺服電機用于工具臂控制、精密焊接和精確物體放置。此外,與 Si IGBT 電機驅動器系統相比,SiC MOSFET 的一個顯著優勢是它們能夠嵌入電機組件中,電機控制器和逆變器嵌入與電機相同的外殼內。使用SiC MOSFET 作為變頻器或者伺服驅動功率開關器件的另一個優點是,由于 MOSFET 的線性損耗與負載電流的關系,它可以在所有功率級別保持效率曲線“平坦”。SiC MOSFET變頻伺服驅動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,以保護電機免受高 dv/dt 的影響(只有電機電纜長度才會衰減 dv/dt)。 SiC MOSFET變頻伺服驅動器相較于IGBT變頻伺服驅動器在高開關頻率下的巨大效率優越性.
 
盡管 SiC MOSFET 本身成本較高,但某些應用可能會看到整個電機驅動器系統的價格下降(通過減少布線、無源元件、熱管理等),并且與 Si IGBT 系統相比總體上可能更便宜。這種成本節省可能需要在兩個應用系統之間進行復雜的設計和成本研究分析,但可能會提高效率并節省成本?;?SiC 的逆變器使電壓高達 800 V 的電氣系統能夠顯著延長電動汽車續航里程并將充電時間縮短一半。
 
碳化硅 (SiC) MOSFET功率半導體技術代表了電力電子領域的根本性變革。SiC MOSFET 的價格比 Si MOSFET 或 Si IGBT 貴。然而,在評估碳化硅 (SiC) MOSFET提供的整體電力電子系統價值時,需要考慮整個電力電子系統和節能潛力。需要仔細考慮以下電力電子系統節?。?第一降低無源元件成本,無源功率元件的成本在總體BOM成本中占主導地位。提高開關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 50%,從而縮小散熱器尺寸和/或消除風扇,從而降低設備生命周期內的能源成本。 通常的誘惑是在計算價值主張時僅考慮系統的組件和制造成本。在考慮碳化硅 (SiC) MOSFET的在電力電子系統里的價值時,考慮節能非常重要。在電力電子設備的整個生命周期內節省能源成本是碳化硅 (SiC) MOSFET價值主張的一個重要部分。
 
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