스위치 모드 전원 공급 장치 (SMPS) 의 효율성과 안정성으로 인해 전기 차량 (EV) 충전소, 태양 전지 인버터,그리고 산업용 모터 드라이브그러나 더 높은 작동 전압과 전류, 낮은 전도성 및 열 손실, 그리고 더 컴팩트한 외모의 필요성으로 인해,설계자들은 첨단 실리콘 카비드 (SiC) MOSFET 기술을 채택해야 합니다.이 기술은 가장 좋은 전력 변환 시스템을 만들기 위해 MOS 게이트 된 티리스터와 빠른 복구 브리지 직렬기와 신중하게 결합해야합니다.
이 기사에서는 전기 차량 충전소를 예로 삼아 SMPS의 요구 사항을 설명합니다. 다음으로 IXYS/Litelfuse의 SiC MOSFETs가 도입되었으며 성능이 조사되었습니다.그리고 어떻게 다른 장치 기술 (특정 회로 기능에 최적화 된 각) 은 더 효율적이고 컴팩트 한 전력 변환 시스템을 만들기 위해 결합되었습니다..
예를 들어 고속 전기차 충전소를 이용한 현대 SMPS의 개요
효율성 은 SMPS 의 특징 이지만, 현대적 고전력 애플리케이션 은 이러한 설계 를 새로운 극도로 밀어내고 있다.,최대 350kW의 3단계 시스템과 같은 시스템입니다. 1%의 효율 손실은 3.5 킬로와트 전력을 낭비하는 것과 동등합니다.
높은 성능의 SiC MOSFET는 더 높은 효율을 달성하는 핵심입니다. 그들은 저항을 낮게 유지하면서 높은 주파수 전환을 수행 할 수 있습니다.더 작은 수동 부품의 사용을 허용하고 변환 손실을 줄이는불행히도, 이러한 요인은 또한 SiC MOSFET를 일시적 인 전압 급증에 민감하게 만듭니다. 따라서 효율적인 설계는 종종 더 고급 보호 시스템을 필요로합니다.
또한, SiC MOSFET는 3단계 충전소의 모든 부분에 최적의 솔루션이 아닙니다. 예를 들어, 공공 충전소는 냉각 수소 펌프에 보조 전력 시스템을 필요로 합니다.네트워크 통신이 경우, 높은 신뢰성 실리콘 (Si) 다이오드 장치가 더 나은 선택일 수 있다.
동전 고속 충전소의 각 부분의 요구 사항을 이해하고 적절한 장비 기술을 신중하게 선택해야합니다.
저저항성 SiC MOSFET를 사용하여 고전력 DC-DC 변환을 달성
3단계 고속 충전소의 DC-DC 변환 단계는 현대 SMPS 설계가 직면한 과제를 보여줍니다. 최대 1 킬로 볼트 (kV) 의 높은 출력 전압으로 인해,이 단계에서는 전통적으로 고전압 실리콘 단열 게이트 양극 트랜지스터 (IGBT) 또는 고전압 실리콘 탄화물 MOSFET의 사용을 요구합니다.두 방법 모두 효율 손실을 초래한다: IGBT는 높은 전환 손실을 가지고 있으며, 초기 SiC MOSFET는 상대적으로 높은 전도 손실을 가지고 있다. 예를 들어,초기 고전압 SiC MOSFET의 온 저항 (RDS (ON)) 은 약 100m Ω.
리틀 퓨즈 IXSJxxN120R1 SiC MOSFET 시리즈는 이 문제에 대한 설득력 있는 해결책을 제공합니다. 이 제품 시리즈는 1200 볼트까지의 차단 전압과 18m Ω까지 낮은 RDS (ON) 를 가지고 있습니다.이 낮은 저항 특성은 전도 손실을 최소화하고 우수한 열 성능을 달성 할 수 있습니다..
이 장치는 2500 VAC (1분) 의 격리 전압 능력을 가진 격리 세라믹으로 포장됩니다.이 설계는 히트 싱크에 대한 열 저항을 줄이고 히트 싱크의 방황 용량을 최소화함으로써 전자기 간섭 (EMI) 을 최소화합니다.동시에 익숙한 TO-247-3L 패키지를 채택하여 통합을 촉진합니다.
IXSJ43N120R1는 전형적인 예이다 (그림 1). +25 ° C의 장치의 명목 연속 배수 전류 ID는 45 A이며 RDS (ON) 는 36 m Ω (유형적 값) 이다.또한 79 nC의 낮은 게이트 전하와 2453 pF의 입력 용량, 작은 자석으로 설계에 적합합니다.
리틀 퓨즈 IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET 이미지
그림 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET는 고립된 TO-247-3L 패키지를 채택하고, 45 A의 명목 연속 배수 전류 ID와 +25 °C에서 36 m Ω (유형적 값) 의 RDS (ON) 를 사용합니다. (사진 소스:소형화)
IXSJxxN120R1 시리즈는 높은 전압 차단 능력을 유지하면서 전도 손실을 줄여 컨버터 토폴로지를 단순화하고 열 상용 비용을 줄일 수 있습니다.그리고 전체 시스템 효율을 극대화.
활성 프론트 엔드 성능에서 스위치 손실을 최소화
동전 급전기역의 다른 부분에서는 스위치 손실이 저항보다 더 중요할 수 있습니다.액티브 프론트 엔드는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고 전력 요인 교정 (PFC) 및 하모닉 왜곡의 요구 사항을 충족시키기 위해 현재 파동 형태를 형성합니다.이 단계에서 인덕터와 필터의 크기를 최소화하기 위해 더 높은 스위칭 주파수에 의존하기 때문에 스위칭 손실은 전반적인 효율성에 중요한 역할을합니다.
Littelfuse의 LSIC1MO120E SiC MOSFET 시리즈는 이러한 고주파 애플리케이션에 최적화되었습니다. 이 장치들은 1200 볼트 차단 능력과 낮은 동적 손실을 결합합니다.동전 급전전지 및 기타 네트워크에 연결된 시스템에서 PFC 부스 변환기에 매우 적합합니다..
예를 들어, LSIC1MO120E0080 (그림 2) 의 25 °C의 가등급 연속 배출 전류 (II) 는 39 A, R (DSON) 는 80 m Ω (유형적 값) 이며, 시클 당 전환 에너지는 252 μ J입니다.연장 된 접합 온도 범위는 -55 ° C에서 + 175 ° C입니다., 큰 환경 조건의 야외 설비에 추가 설계 범위를 제공합니다.