De efficiëntie en de robuustheid van switch-mode-stroomvoorzieningen (SMPS) maken ze bijzonder geschikt voor toepassingen zoals laadstations voor elektrische voertuigen (EV), zonne-omvormers,en industriële motorenDoor de noodzaak van een hogere bedrijfsspanning en -stroom, een lager geleidingsvermogen en warmteverlies, en een compacter uiterlijk, is het echter niet mogelijk om de spanning en de stroom te beperken.ontwerpers moeten geavanceerde siliciumcarbide (SiC) MOSFET-technologie toepassenDeze technologie moet zorgvuldig worden gecombineerd met MOS-gesloten thyristors en snelle herstelbrugrectificatoren om het beste vermogen om te zetten.
In dit artikel worden elektrische voertuigoplaadstations als voorbeeld gebruikt om de vereisten van SMPS te beschrijven.en werd aangetoond hoe verschillende apparaattechnologieën (elk geoptimaliseerd voor specifieke circuitfuncties) werden gecombineerd om een efficiënter en compacter vermogen omzetsysteem te creëren.
Overzicht van moderne SMPS met behulp van snelle openbare laadpalen voor elektrische voertuigen
Efficiëntie is een kenmerkend kenmerk van SMPS, maar moderne toepassingen met een hoog vermogen brengen deze ontwerpen tot nieuwe uitersten.,Een efficiëntieverlies van 1% is gelijk aan een verspilling van 3,5 kilowatt stroom, wat de exploitatiekosten en de thermische belastingen aanzienlijk verhoogt.
Een hoogwaardig SiC-MOSFET is essentieel voor een hogere efficiëntie.het gebruik van kleinere passieve componenten mogelijk maken en de omzetsverliezen verminderenHelaas maken deze factoren ook SiC MOSFET's gevoelig voor tijdelijke spanningspieken. Daarom vereist efficiënt ontwerp vaak geavanceerdere beschermingssystemen.
Bovendien is SiC MOSFET niet de optimale oplossing voor elk onderdeel van een laadstation met drie niveaus.netwerkcommunicatieIn dit geval kunnen siliciumdioden met een hoge betrouwbaarheid een betere keuze zijn.
Het is noodzakelijk de eisen van elk onderdeel van het DC-sneloplaadstation te begrijpen en zorgvuldig de juiste apparatuurtechnologie te kiezen.
Het gebruik van een laagweerstands-SiC-MOSFET om een DC-DC-conversie met hoog vermogen te bereiken
De DC-DC-conversiefase van het snellaadstation met drie niveaus toont de uitdagingen waarmee het moderne SMPS-ontwerp wordt geconfronteerd.deze fase vereist traditioneel het gebruik van hoogspannings siliciumgeïsoleerde poortbipolêre transistors (IGBT's) of hoogspannings siliciumcarbide MOSFET'sBeide methoden leiden tot efficiëntieverliezen: IGBT heeft hoge schakelverliezen, terwijl sommige vroege SiC MOSFET's relatief hoge geleidingsverliezen hebben.de on-weerstand (RDS (ON)) van sommige vroege hoogspannings SiC MOSFET's was ongeveer 100 m Ω.
De Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET-serie biedt een overtuigende oplossing voor dit probleem.Deze lage weerstand kan geleidingsverliezen tot een minimum beperken en uitstekende thermische prestaties opleveren.
Deze apparaten zijn verpakt in geïsoleerde keramiek met een isolatiespanning van 2500 VAC (1 minuut).Dit ontwerp vermindert de thermische weerstand tegen de hittezuiger en minimaliseert elektromagnetische interferentie (EMI) door de verdwaalde capaciteit van de hittezuiger te minimaliserenTegelijkertijd wordt het vertrouwde TO-247-3L-pakket gebruikt, wat de integratie vergemakkelijkt.
IXSJ43N120R1 is een typisch voorbeeld (figuur 1). De nominale continue afvoerstroom van het apparaat bij +25 °C is 45 A en de RDS (ON) is 36 m Ω (typische waarde).Het heeft ook een lage poortlading van 79 nC en een invoercapaciteit van 2453 pF, waardoor het geschikt is voor ontwerpen met kleinere magneten.
Littelfuse IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET Afbeelding
Figuur 1: De IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET heeft een geïsoleerd TO-247-3L-pakket, met een nominale continue afvoerstroom ID van 45 A en RDS (ON) van 36 m Ω (typische waarde) bij +25 °C. (Bildbron:(Littelfuse)
De IXSJxxN120R1-serie vermindert de geleidingsverliezen en behoudt de hoge spanningsblokkeringscapaciteit, waardoor ontwerpers de topologie van de converter kunnen vereenvoudigen, de thermische overhead kunnen verminderen,en maximaliseert de algehele efficiëntie van het systeem.
Verminderen van schakelaarverliezen in actieve front-end prestaties
In andere delen van het DC-sneloplaadstation kunnen schakelverliezen belangrijker zijn dan bij weerstand.De actieve front-end zet wisselstroom in gelijkstroom en vormt de huidige golfvorm om te voldoen aan de vereisten van vermogensfactorcorrectie (PFC) en harmonische vervormingDoor de afhankelijkheid van hogere schakelfrequenties in deze fase om de grootte van inductoren en filters te minimaliseren, spelen schakelverliezen een belangrijke rol in de algehele efficiëntie.
De LSIC1MO120E SiC MOSFET-serie van Littelfuse is geoptimaliseerd voor deze hoogfrequente toepassingen.waardoor ze zeer geschikt zijn voor PFC-boostconverters in DC-sneloplaadstations en andere aan het net aangesloten systemen.
Bijvoorbeeld de nominale continue afvoerstroom (II) van LSIC1MO120E0080 (figuur 2) bij +25 °C is 39 A, R (DSON) is 80 m Ω (typische waarde) en de schakelenergie per cyclus is 252 μ J.Het uitgebreide temperatuurbereik van de verbinding is van -55 °C tot +175 °C, die extra ontwerpmarge biedt voor installaties in de openlucht met grote omgevingsomstandigheden.