Die Effizienz und Robustheit von Schaltmodus-Stromversorgungen (SMPS) machen sie besonders geeignet für Anwendungen wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV), Solarumrichter,und industrielle MotorantriebeAufgrund des Bedarfs an höherer Betriebsspannung und -strom, geringerer Leitfähigkeit und Wärmeverluste sowie eines kompakteren Erscheinungsbildes ist es jedoch nicht möglich, dieDesigner müssen fortschrittliche Siliziumkarbid-MOSFET-Technologie anwendenDiese Technologie muß sorgfältig mit MOS-Gated-Thiristor und schnellen Rückgewinnungsbrücken-Gleichrichter kombiniert werden, um das beste Leistungsumwandlungssystem zu schaffen.
In diesem Artikel werden Ladestationen für Elektrofahrzeuge als Beispiel verwendet, um die Anforderungen an SMPS zu skizzieren.und wie verschiedene Gerätetechnologien (jeweils für bestimmte Schaltkreisfunktionen optimiert) kombiniert wurden, um ein effizienteres und kompakteres Leistungsumwandlungssystem zu schaffen, wurde gezeigt.
Übersicht über moderne SMPS unter Verwendung von schnellen öffentlichen Elektrofahrzeugladepunkten
Effizienz ist ein charakteristisches Merkmal von SMPS, aber moderne Anwendungen mit hoher Leistung treiben diese Konstruktionen zu neuen Extremen.,Ein Effizienzverlust von 1% entspricht einer Verschwendung von 3,5 Kilowatt Strom, was die Betriebskosten und die thermischen Belastungen erheblich erhöht.
Hochleistungs-SiC-MOSFETs sind der Kern, um höhere Effizienz zu erreichen.die Verwendung kleinerer passiver Bauteile und die Verringerung von Umwandlungsverlusten ermöglichenDiese Faktoren machen SiC-MOSFETs leider auch anfällig für vorübergehende Spannungsschwellen.
Darüber hinaus ist SiC MOSFET nicht die optimale Lösung für alle Teile einer 3-stufigen Ladestation.NetzwerkkommunikationAuch wenn der Hauptladungsweg unterbrochen wird, müssen diese Systeme in Betrieb bleiben. In diesem Fall können hochzuverlässige Siliziumdioden eine bessere Wahl sein.
Es ist notwendig, die Anforderungen an jeden Teil der Gleichstrom-Schnellladestation zu verstehen und sorgfältig die geeignete Gerätetechnologie auszuwählen.
Die Verwendung von Niedrigwiderstands-SiC-MOSFET zur Leistungsumwandlung von Gleichstrom zu Gleichstrom
Die Gleichspannungsumwandlung der 3-stufigen Schnellladestation zeigt, mit welchen Herausforderungen die moderne SMPS-Konstruktion konfrontiert ist.Diese Phase erfordert traditionell die Verwendung von Hochspannungs-Kalium-isolierten Bipolartransistoren (IGBTs) oder Hochspannungs-Kaliumkarbid-MOSFETsBeide Methoden führen zu Effizienzverlusten: IGBT hat hohe Schaltverluste, während einige frühe SiC-MOSFETs relativ hohe Leitverluste haben.Der Betriebswiderstand (RDS (ON)) einiger früher SiC-Hochspannungs-MOSFETs betrug etwa 100 m Ω.
Die Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET-Serie bietet eine überzeugende Lösung für dieses Problem.Diese geringe Widerstandseigenschaft kann Leitverluste minimieren und eine ausgezeichnete thermische Leistung erzielen.
Diese Geräte sind in isolierter Keramik mit einer Isolationsspannung von 2500 VAC (1 Minute) verpackt.Diese Konstruktion reduziert den Wärmewiderstand gegen die Wärmesenkung und minimiert elektromagnetische Interferenzen (EMI), indem die Stray-Kapazität der Wärmesenkung minimiert wirdGleichzeitig wird das bekannte Paket TO-247-3L übernommen, das die Integration erleichtert.
IXSJ43N120R1 ist ein typisches Beispiel (Abbildung 1). Die Nennkontinuität des Abflussstroms des Geräts bei +25 °C beträgt 45 A und die RDS (ON) beträgt 36 m Ω (typischer Wert).Es hat auch eine niedrige Torladung von 79 nC und eine Eingangskapazität von 2453 pF, so dass es für Konstruktionen mit kleineren Magneten geeignet ist.
Bild von MOSFET-Systemen mit kleiner Schraube IXSJ43N120R1
Abbildung 1: Das IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET verwendet ein isoliertes TO-247-3L-Paket mit einer Nennkontinuität von 45 A und einem RDS (ON) von 36 m Ω (typischer Wert) bei +25 °C. (Bildquelle:Kleine Flasche)
Die IXSJxxN120R1-Serie reduziert die Leitverluste und behält gleichzeitig die Hochspannungssperrfähigkeit bei, so dass Konstrukteure die Konvertertopologie vereinfachen, den thermischen Overhead reduzieren,und maximieren die Gesamtsystemeffizienz.
Schaltverluste bei aktiver Frontendleistung minimieren
In anderen Teilen der Gleichstrom-Schnellladestation können Schaltverluste wichtiger sein als bei Widerstand.Das aktive Frontend wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um und formt die aktuelle Wellenform, um die Anforderungen an die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und die harmonische Verzerrung zu erfüllenAufgrund der Abhängigkeit von höheren Schaltfrequenzen in dieser Phase, um die Größe von Induktoren und Filtern zu minimieren, spielen Schaltverluste eine wichtige Rolle bei der Gesamtleistung.
Die SiC-MOSFET-Serie LSIC1MO120E von Littelfuse wurde für diese Hochfrequenzanwendungen optimiert.so dass sie sich hervorragend für PFC-Boost-Wandler in Gleichstrom-Schnellladestationen und anderen netzgebundenen Systemen eignen.
Beispielsweise beträgt der Nennkontinuierliche Abflussstrom (II) von LSIC1MO120E0080 (Abbildung 2) bei +25 °C 39 A, R (DSON) 80 m Ω (typischer Wert) und die Schaltenergie pro Zyklus 252 μ J.Der Temperaturbereich der erweiterten Verbindung liegt zwischen -55 °C und +175 °C, die für Außenanlagen mit großen Umweltbedingungen einen zusätzlichen Entwurfsanteil bieten.