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SiC MOSFET半桥模块用于开关电源,系统效率能达到99%

作者:angelazhang时间:2015-08-09

碳化硅(SiC)材料是近年来快速发展起来半导体材料之一,SiC材料具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高功率密度等等优点, SiC MOSFET在高频和高压的开关电源领域,具有高开关速度、高反向击穿电压,因此SiC MOSFET具有广阔的应用前景。


世强代理的由2个单管组成的碳化硅(SIC)MOSFET的半桥模块CAS300M12B2,它具有最大电压为1200V,最小内阻为5m欧,实物图如下图一所示:


主要特点:

• 较高的工作频率

• 反向恢复电流为0,零关断拖尾电流

• 铜基板和氮化铝陶瓷绝缘

• 非常容易的并联使用

 



图一:外形结构


半桥模块主要用在开关电源的AC-DC/DC-DC变换部分,直流无刷电机驱动,扩展功率比较灵活,半桥模块CAS300M12B2内部电路图如下图二所示:

 

图二:内部电路


SIC模块跟纯SI的比对如下图三表所示, 在一样的1.2kV的条件下,SIC的模块明显在有很大的优势,饱和电流,开关损耗和电荷都有比较明显的优势。


 

图三:CREE CAS300M12BM2和纯SI module对比


在潜在的功率密度评估方面,CREE有做过一个对比,在电路参数为180KW/3相/2电平的情况下,实现:

• DC母线电压:850VDC

• 相电流:225A RMS

• 输出电压在60Hz 480V RMS

• 开关频率为15khz

• 功率因素0.98

• 风冷


用3个CREE CAS300M12BM2可以做到,而用IGBT单管,则需要用12个400A两两做并联才能实现。

 


图四:3 SIC模块和12 IGBT


在开关电源中做DC-AC/DC-DC的变换实现电压的升压或者降压,半桥模块是必不可少的功率器件,如果要进一步提高效率和功率密度, SiC的MOSFET是非常不错的选择,对于电源模块的典型拓扑如下:

 

图五:简单的开关电源拓扑



 


图六:同步Buck电路拓扑



 

图七:同步Boost电路拓扑


CREE公司的半桥模块CAS300M12BM2在同步Buck电路测试波形如下图六所示,输入电压为600V,输出电压为300V,输出电流为30A,功率为9KW,开关频率为40KHZ,PWM的duty是50%,MOSFET的峰值电流是40A,从波形细节来看反向尖峰很小,电源效率大概为99%,在此设计中测得的电感的温度小于45度。

 

图八:同步buck电路测试波形图


 

图九:开启和关断反向恢复电流


小结:半桥模块CAS300M12B2在现在高效率的电源中应用,他还可以用于电机,新能源汽车等领域,极低的损耗带来较好的温度特性,较高的开关频率,可以带来较小的逆变器体积,这些无疑是推动了功率设备的发展。


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