為何碳化硅(SiC)功率器件能助力實(shí)現(xiàn)更好的儲(chǔ)能系統(tǒng)？

碳化硅這樣的寬禁帶半導(dǎo)體元件的大規(guī)模生產(chǎn)，可以將儲(chǔ)能系統(tǒng)效率和熱性能提升到一個(gè)新的水平。具體而言，碳化硅在帶隙能量、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、熱導(dǎo)率等幾個(gè)參數(shù)方面具有優(yōu)越的特性。這些特性允許 SiC 系統(tǒng)以更高的頻率運(yùn)行而不會(huì)損失輸出功率，從而可以減小電感器的尺寸。它還可以優(yōu)化散熱系統(tǒng)，用自然散熱代替強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)。在某些情況下，可以移除散熱片以節(jié)省資金和減輕重量。

一、用SiC SBD代替硅SBD

為了平衡成本和性能，強(qiáng)烈建議更換二極管(用SiC SBD代替硅SBD)。與硅SBD相比，SiCSBD具有更低的trr和lrr，從而帶來更低的 Err和更好的系統(tǒng)效率。

1、NTH4L015N065SC1：SiC MOSFET，EliteSiC，12mohm，650 V，TO247-4

(1)特性

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS = 18V；

RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS = 15 V；

超低門電荷(QG(tot)= 283 nC)；

高速開關(guān)，低電容(COSS = 430 pF)。

(2)應(yīng)用

太陽能逆變器；

不間斷電源；

儲(chǔ)能。

2、NTBL045N065SC1：SiC MOSFET，EliteSiC，33mohm，650V，TOLL

RDS(on)典型值=12 mΩ @ VGS= 18 V；

RDS(on)典型值=15 mΩ @ VGS= 15 V；

PCB占位面積比 D2PAK 小30%(9.9 mm x 11.68 mm)；

體積比D2PAK 小60%(H = 2.3 mm)；

超低封裝電感(2 nH)；

開爾文源引腳降低60%導(dǎo)通損耗EON。

3、NXH40B120MNQ0：全SiCMOSFET模塊，EliteSiC，雙通道升壓，Q0

(1)特性

2 X 1200 V/40 mQ SiC MOSFET；

2 X 1200 V/40 A SiC 二極管，2 X 1200 V/50 A旁路 SiC 二極管；

低電感布局；

內(nèi)置 NTC。

(2)應(yīng)用

太陽能逆變器；

不間斷電源。

二、更換PIM，提升功率密度

為了提高系統(tǒng)效率和功率密度，應(yīng)考慮PIM功率集成模塊解決方案。SiC 模塊成本更高，但能帶來以下優(yōu)勢(shì)。、

改進(jìn)了由引腳和不良布局引起的寄生效應(yīng)；

提高生產(chǎn)效率，減少元件數(shù)量，易于安裝；

提高芯片一致性以便電流共享；

熱性能更好。

熱性能比較：分立與模塊

NXH010P120MNF1：2-Pack半橋全 SiC 功率集成模塊：

(1)特性

2 X 1200 V SiC MOSFET，RDS(ON)=10 mΩ；

低熱阻；

內(nèi)部 NTC 熱敏電阻。

(2)優(yōu)勢(shì)

在更高的電壓下，RDS(ON) 得到改進(jìn)；

更高的效率或更高的功率密度；

高可靠性熱界面的靈活解決方案。

(3)應(yīng)用

三相太陽能逆變器；

儲(chǔ)能系統(tǒng)。

三、應(yīng)用和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

安森美(onsemi)在儲(chǔ)能系統(tǒng)和太陽能組串式逆變器方面擁有廣泛的產(chǎn)品組合。

為了快速安全地驅(qū)動(dòng) SiC MOSFET，需要可靠的 SiC MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。在選擇 SiC MOSFET 以提高 SiC MOSFET 電源實(shí)現(xiàn)方案的穩(wěn)健性時(shí)，需要注意以下 3 點(diǎn)：

大電流能力 - 在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)輸送高峰值電流以使 CGS 和 CGD 電容快速充電和放電；

抗擾度強(qiáng) - 在具有快速開關(guān) SiC MOSFET 的系統(tǒng)中，SiC 柵極驅(qū)動(dòng)器必須考慮與快速 dV/dt 和感應(yīng)噪聲相關(guān)的抗擾度；

匹配的傳播延遲 - 傳播延遲是從 50% 的輸入到 50% 的輸出的時(shí)間延遲，這在高頻應(yīng)用中至關(guān)重要;延遲不匹配會(huì)導(dǎo)致開關(guān)損耗和發(fā)熱。

1、NCP51561：柵極驅(qū)動(dòng)器，雙通道

(1)特性

4.5 A 峰值源電流、9 A 峰值灌電流輸出能力；

傳播延遲典型值為 36 ns，每通道延遲匹配為 8 n；

共模瞬變抗擾度 CMTI> 200 V/ns；

5 kVRMS 電氣隔離。

(2)應(yīng)用

隔離轉(zhuǎn)換器；

碳化硅驅(qū)動(dòng)器。

要在ESS中進(jìn)行準(zhǔn)確的電壓和電流測(cè)量，需要可靠且精密的運(yùn)算放大器(OpAmp)或電流檢測(cè)放大器。安森美提供高精度、低功耗、電流監(jiān)測(cè)(集成電阻)放大器，具有不同的供電電流、增益帶寬積和封裝，以便電壓電流信號(hào)的反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2、NCS2167x：電流檢測(cè)放大器，單/雙通道

(1)特性

集成精密、比率匹配的電阻器，精度為 0.1%；

寬共模輸入：-0.1至40 V；

低失調(diào)電壓：+/-100 uV；

低失調(diào)漂移：+/-1 uV/C；

低增益誤差：+/-1%；

低功耗：每個(gè)通道300 uA。

(2)應(yīng)用

高/低邊電流檢測(cè)。

3、NCN26010：10BASE-T1S MACPHY 以太網(wǎng)控制器

(1)特性

超過IEEE 802.3cg 中規(guī)定的抗噪水平，支持 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)和最多 50 m 的范圍；

每 25 m 區(qū)段啟用更多節(jié)點(diǎn)，從而降低布線、連接器和安裝成本；

每端口使用一個(gè) MACPHY，在單對(duì)線纜上連接多個(gè)器件；

連接到?jīng)]有集成 MAC 的控制器、傳感器和其他器件；

進(jìn)一步提高純 PLCA 網(wǎng)絡(luò)的抗噪性；

超過 IEEE 802.3cg 中規(guī)定的抗噪水平，支持 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)和最多 50 m 的范圍。

(2)應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化；

傳感器和控制接口；

安全防護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)儀表。

四、系統(tǒng)級(jí)仿真工具

安森美的Elite Power 在線仿真工具能夠在開發(fā)周期的早期進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真，為復(fù)雜的電力電子應(yīng)用提共有價(jià)值的參考信息。Elite Power 仿真工具能夠精確呈現(xiàn)所設(shè)計(jì)的電路在使用我們的 EliteSiC 產(chǎn)品系列時(shí)的工況，包括 Elite SiC 技術(shù)的制造邊界工況。

特性如下：

1、適用于硬開關(guān)和軟開關(guān)仿真的引領(lǐng)業(yè)界的 PLECS 模型自助生成工具；

2、涵蓋 DC-DC、AC-DC、DC-AC 應(yīng)用，包括工業(yè)和汽車領(lǐng)域的 32 種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

3、損耗和熱數(shù)據(jù)繪圖；

4、靈活設(shè)計(jì)和快速仿真結(jié)果；

5、基于應(yīng)用和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)品推薦功能。

Elite Power 仿真工具：仿真結(jié)果和波形

PLECS 模型自助生成工具讓電子工程師能靈活自由地創(chuàng)建定制化高保真系統(tǒng)級(jí) PLECS 模型，工程師可以直接在自己的仿真平臺(tái)中使用模型，也可將模型上傳到安森美 Elite Power 仿真工具進(jìn)行仿真。

特性如下：

1、適用于硬開關(guān)和軟開關(guān)仿真的PLECS模型；

2、自助生成工具自定義應(yīng)用寄生參數(shù)，根據(jù)用戶指定的應(yīng)用電路寄生參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可顯著影響導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗；

3、高密度寬表根據(jù)用戶指定的電氣偏置和溫度條件進(jìn)行調(diào)整，提供導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗數(shù)據(jù)；

4、邊界模型在產(chǎn)品的典型條件和邊界條件下有效，使用戶能夠跟蹤產(chǎn)品在導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗處于最差、標(biāo)稱和絕佳制造條件下的應(yīng)用性能。

文章來源：安森美(onsemi)