用SIC FETs取代機械電路斷開器

這篇博客文章首次由聯(lián)合硅碳化物(United Silicon Carbide)發(fā)表。加入科爾沃家族United SiC是硅碳化物(SiC)動力半導(dǎo)體的主要制造廠商,它擴大了科沃的電動車輛、工業(yè)電力、電路保護、可再生能源和數(shù)據(jù)中心電力迅速增長的市場。

在工程界,有一個古老的格言——“如果它移動,它就會破碎?！蔽覀兌贾?任何機械的象風(fēng)扇或中繼器一般都是最先失敗的,在關(guān)鍵系統(tǒng)中,你需要先發(fā)制人地維護和改變這些物品的程序“以防萬一?！备愀獾氖?當(dāng)機械部件在正常的高度壓力下運行時,在緊急情況下必須作出可靠的反應(yīng),例如用EV電池進行連環(huán)斷線器。

在此情況下, 當(dāng)斷路器打開時, 運行中的電流可以是數(shù)百個安培, 也可能是數(shù)千個, 在短路條件下 。 電壓高, 通常大于400 VDC, 并且由于斷路電流中斷時的連接感應(yīng), 電壓會高漲。 電壓會引起電弧, 它可以蒸發(fā)斷路接觸, 并且會持續(xù), 因為它是DC, 并且沒有能夠撲滅電弧的零交叉點, 就象您使用 AC 那樣 。 制成和斷裂過程同樣緩慢, 以數(shù)十毫秒的順序排列, 可能會在短路條件下造成破壞的通電能量。 隨著斷路時間的老化, 它也會變慢, 并且損失更多。 總的來說, 高流機械斷路器的壽命很艱難, 所以它們必須用奇異的方法來建造, 以便清除電弧, 比如產(chǎn)生壓縮氣體的浮腫, 或者使用磁“ 吹泡” 圓圈。

當(dāng)然，固態(tài)斷路器（SSCB）已被設(shè)計為替代品，并使用幾乎所有可用的半導(dǎo)體技術(shù)制造，從MOSFET到IGBT、SCR和IGCT，它們很好地解決了電弧和機械磨損問題。然而，它們最大的缺點是電壓下降——例如，IGBT在500A時可能會損失1.7V，產(chǎn)生令人尷尬的850W功耗。IGCT可能較低，但物理上非常大。MOSFET不顯示IGBT的“膝”電壓，而是顯示導(dǎo)通電阻。為了改進IGBT，這個Rds( 關(guān)于)需要低于3.4毫升,電壓等級高于400伏,而目前單一的MOSFET并沒有達到這一水平。 許多同時會做到這一點,但如果你需要雙向能力,成本會螺旋并再次翻倍。 電動機械斷路器不便宜,但仍具有成本優(yōu)勢。

SIC有什么區(qū)別嗎?

因此,寬帶寬卡普半導(dǎo)體的新奇特技術(shù)是否縮小了這一差距?碳化硅開關(guān)為硅的同一死區(qū)提供了大約10x更好的耐力,并且可以應(yīng)付兩倍的最高溫度,而熱傳導(dǎo)率要高得多,以導(dǎo)致任何熱的消失。這打開了將足夠多的死平行在一個小包中的可能性,從而改進作為SSCB和SSCB的IGBT和IGBT。錫戒這個SIC JFET和Si-MOSFET的代碼很容易駕駛,并且擁有最好的Rds( 關(guān)于)x A x A實績數(shù)作為SSCB示范器,UnitedSiC將1200V的雙關(guān)死亡中的6個平行置放,并在SOT-227軟件包中達到1200V和300A級的2.2毫升抗藥性。在測試中,原型安全中斷了近2000A的斷流,顯示波形。

圖1. 一個SIC FETSSCB 安全干擾近2000A

如果將內(nèi)部JFET門拖到一個單獨的插針上,這可以更直接地控制快速切換應(yīng)用程序的邊緣率,并提供有效的正常選擇或正常操作,這在諸如SSCBs等一些應(yīng)用中可能是可取的。 偏向JFET門的能力略為積極,也會稍稍改善耐受性。 還有一個特征雖然出現(xiàn) — — 超過2V陽性,但頻道正在全面運行,而大門則顯示為前端二極管。 現(xiàn)在,如果注入固定的低潮流,二極管的實際膝蓋電壓與溫度有準(zhǔn)確關(guān)系。 如果溫度趨勢日落,這可以測量并用于快速超溫檢測,甚至用于長期健康狀況監(jiān)測。

使SIC FETSSCBs取代電子機械版本的趨勢是正確的方向。

錫戒s為高電流開放了SSCB應(yīng)用程序,其損失只會隨著技術(shù)的進步而減少。 實現(xiàn)與機械斷路器最終損失平等的平行裝置是有可能的,其成本不一定是“突破器 ” , 隨著死亡的改善和特定抗藥性需要的減少,成本也不一定是“突破器 ” 。 SiC wafer成本在未來幾年中也將降低一半,同時由EV銷售驅(qū)動的電路斷路器的氣球市場的規(guī)模經(jīng)濟也將降低一半。 電機解決方案的保理和改變成本以及這一論點甚至更加令人信服。

審核編輯 黃宇