Efisiensi dan ketahanan catu daya mode switch (SMPS) membuatnya sangat cocok untuk aplikasi seperti stasiun pengisian kendaraan listrik (EV), inverter surya,dan penggerak motor industriNamun, karena kebutuhan akan tegangan dan arus operasi yang lebih tinggi, konduksi dan kehilangan panas yang lebih rendah, dan penampilan yang lebih kompak,desainer harus mengadopsi teknologi MOSFET silikon karbida (SiC) yang majuTeknologi ini harus dikombinasikan dengan cermat dengan thyristor gerbang MOS dan rectifier jembatan pemulihan cepat untuk menciptakan sistem konversi daya terbaik.
Artikel ini menggunakan stasiun pengisian kendaraan listrik sebagai contoh untuk menguraikan persyaratan SMPS. Kemudian SiC MOSFET IXYS/Litelfuse diperkenalkan, kinerjanya diperiksa,dan bagaimana teknologi perangkat yang berbeda (masing-masing dioptimalkan untuk fungsi sirkuit tertentu) dikombinasikan untuk menciptakan sistem konversi daya yang lebih efisien dan kompak.
Gambaran umum SMPS modern menggunakan stasiun pengisian cepat kendaraan listrik umum sebagai contoh
Efisiensi adalah ciri khas SMPS, tetapi aplikasi daya tinggi modern mendorong desain ini ke ekstrem baru.,Seperti sistem 3 tingkat dengan daya hingga 350 kW. 1% kehilangan efisiensi setara dengan membuang 3,5 kilowatt daya, sangat meningkatkan biaya operasi dan beban termal.
MOSFET SiC berkinerja tinggi adalah inti untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi.memungkinkan penggunaan komponen pasif yang lebih kecil dan mengurangi kerugian konversiSayangnya, faktor-faktor ini juga membuat SiC MOSFET rentan terhadap lonjakan tegangan sementara. Oleh karena itu, desain yang efisien sering membutuhkan skema perlindungan yang lebih maju.
Selain itu, SiC MOSFET bukanlah solusi optimal untuk setiap bagian dari stasiun pengisian tiga tingkat.Komunikasi jaringan, dan fungsi sistem lainnya. Bahkan jika jalur pengisian utama terganggu, sistem ini harus tetap beroperasi. Dalam hal ini, perangkat dioda silikon (Si) keandalan tinggi mungkin menjadi pilihan yang lebih baik.
Perlu memahami persyaratan setiap bagian dari stasiun pengisian cepat DC dan dengan hati-hati memilih teknologi peralatan yang sesuai.
Menggunakan MOSFET SiC resistansi rendah untuk mencapai konversi DC-DC bertenaga tinggi
Tahap konversi DC-DC dari stasiun pengisian cepat 3 tingkat menunjukkan tantangan yang dihadapi oleh desain SMPS modern.Tahap ini secara tradisional membutuhkan penggunaan transistor bipolar gerbang silikon terisolasi tegangan tinggi (IGBT) atau MOSFET silikon karbida tegangan tinggiKedua metode menghasilkan kerugian efisiensi: IGBT memiliki kerugian switching yang tinggi, sementara beberapa MOSFET SiC awal memiliki kerugian konduktivitas yang relatif tinggi.Resistensi on (RDS (ON)) dari beberapa MOSFET SiC tegangan tinggi awal adalah sekitar 100 m Ω.
Seri Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET memberikan solusi yang meyakinkan untuk masalah ini.Karakteristik resistensi rendah ini dapat meminimalkan kerugian konduksi dan mencapai kinerja termal yang sangat baik.
Perangkat ini dikemas dalam keramik terisolasi dengan kapasitas tegangan isolasi 2500 VAC (1 menit).Desain ini mengurangi ketahanan termal untuk heat sink dan meminimalkan interferensi elektromagnetik (EMI) dengan meminimalkan kapasitas tersesat dari heat sinkPada saat yang sama, ia mengadopsi paket TO-247-3L yang akrab, yang memudahkan integrasi.
IXSJ43N120R1 adalah contoh khas (Gambar 1). ID arus pembuangan terus menerus nominal perangkat pada +25 ° C adalah 45 A, dan RDS (ON) adalah 36 m Ω (nilai khas).Ini juga memiliki muatan gerbang rendah 79 nC dan kapasitansi masukan 2453 pF, membuatnya cocok untuk desain dengan magnet yang lebih kecil.
LITTELFUSE IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET Gambar
Gambar 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET mengadopsi paket TO-247-3L yang terisolasi, dengan ID arus pembuangan terus menerus 45 A dan RDS (ON) 36 m Ω (nilai khas) pada + 25 ° C. (Sumber gambar:Sedikit-sedikit)
Seri IXSJxxN120R1 mengurangi kerugian konduksi sambil mempertahankan kemampuan blok tegangan tinggi, memungkinkan desainer untuk menyederhanakan topologi konverter, mengurangi overhead termal,dan memaksimalkan efisiensi sistem secara keseluruhan.
Meminimalkan kerugian switch dalam kinerja front-end aktif
Di bagian lain dari stasiun pengisian cepat DC, kerugian switch mungkin lebih penting daripada pada resistensi.Bagian depan aktif mengubah daya AC menjadi daya DC dan membentuk bentuk gelombang saat ini untuk memenuhi persyaratan koreksi faktor daya (PFC) dan distorsi harmonikKarena ketergantungan pada frekuensi switching yang lebih tinggi pada tahap ini untuk meminimalkan ukuran induktor dan filter, kerugian switching memainkan peran penting dalam efisiensi keseluruhan.
Seri LSIC1MO120E SiC MOSFET Littelfuse telah dioptimalkan untuk aplikasi frekuensi tinggi ini.membuat mereka sangat cocok untuk konverter penguat PFC di stasiun pengisian cepat DC dan sistem yang terhubung ke jaringan lainnya.
Sebagai contoh, arus pembuangan terus menerus (II) LSIC1MO120E0080 (Gambar 2) pada +25 ° C adalah 39 A, R (DSON) adalah 80 m Ω (nilai khas), dan energi switching per siklus adalah 252 μ J.Kisaran suhu persimpangan yang diperpanjang adalah dari -55 ° C sampai + 175 ° C, memberikan margin desain tambahan untuk instalasi luar dengan kondisi lingkungan yang besar.