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OBC PFC车规功率@@器件@@@@结@@温@@波动@@@@与@@功率@@循环@@@@寿命@@分析@@

judy — Wed, 01 Nov 2023 02:38:53 +0000

作者@@：张浩@@、李劭阳@@、李纪明@@、徐宇晅@@，来源@@@@：英飞凌@@汽车@@电子@@生态圈@@

应用@@背景@@

随着@@新能源@@汽车@@@@@@(xEV)在@@乘用车渗透率的@@逐步提升@@@@，车载@@充电@@机@@@@(OBC)作为@@@@电网@@与@@车载@@电池之间@@的@@单@@向@@充电@@或@@双向@@补能的@@车载@@电源@@@@设备@@，也得到@@@@了非常广泛的@@应用@@@@@@。相比@@@@车载@@主驱电控逆变器@@@@，电源@@@@类@@OBC产品@@复杂度高@@，如@@何实现@@其@@高功率@@密度@@、高可靠性@@、高效@@率@@、高性价比@@等@@核心指标的@@优化与@@平衡@@，一直是@@@@OBC不断技术@@迭代@@与@@产品@@革新的@@方向@@@@。

在@@上@@述@@OBC与@@可靠性的@@背景下@@@@，针对@@@@车规功率@@器件@@@@在@@@@PFC电路@@中@@@@的@@结@@温@@@@@@(Tvj)波动@@@@与@@功率@@循环@@@@(PC)寿命@@的@@热@@点应用@@话题@@，我们将@@以@@系列@@微信文章的@@形式@@，结@@合英飞凌@@最新的@@@@技术@@与@@产品@@@@，与@@大家一起分享@@。

功率@@器件@@@@可靠性基@@础@@

功率@@器件@@@@的@@结@@温@@@@@@(Tvj)波动@@@@与@@功率@@循环@@@@(PC)寿命@@，一直是@@@@工业@@界与@@学术界讨论的@@重点@@。在@@轨道牵引@@@@@@、风力发电@@(发电侧低@@频@@)、电梯变频@@、和@@电动@@汽车@@@@主驱等@@应用@@中@@@@@@，相关@@的@@研究@@已持续了几十年@@@@，相关@@的@@标准@@与@@测试@@方法@@也趋于成熟@@。

功率@@循环@@(PC)寿命@@的@@本质@@，其@@实@@是@@功率@@器件@@@@内的@@不同@@封装@@材料@@，在@@温度变化时@@@@，由@@于@@自身@@CTE不匹配而@@产生@@的@@彼此机械应力与@@疲劳损伤@@，进而@@产生@@材料间的@@分离@@和@@功率@@器件@@@@电气@@失效等@@现象@@，如@@绑定线@@@@与@@@@DCB分离@@、绑定线@@@@与@@芯@@片@@上@@表@@面分开@@、芯@@片@@与@@@@DCB焊料分层@@、DCB与@@铜基@@板@@之间@@焊料退化等@@等@@@@，如@@图@@@@1。

图@@1：功率@@模块@@功率@@循环@@@@PC寿命@@对@@应的@@可能失效位置示意图@@@@@@

因此@@，功率@@器件@@@@自身的@@功率@@循环@@@@(PC)能力@@，和@@实际加载的@@温度变化大小@@@@，共同决定了器件@@在@@应用@@中@@@@@@功率@@循环@@@@(PC)寿命@@的@@多少@@。

不同@@的@@@@芯@@片@@和@@@@封装@@材料及@@其@@@@工艺@@@@，对@@功率@@器件@@@@的@@功率@@循环@@@@@@(PC)能力@@有着非常显著的@@影响@@@@。为@@了表@@征@@，功率@@器件@@@@的@@功率@@循环@@@@(PC)能力@@，器件@@厂家一般会提供@@相应产品@@的@@@@PC曲线@@@@或@@拟合公式@@@@，便于计算@@不同@@工况下@@的@@器件@@@@@@PC寿命@@。

因此@@，英飞凌@@有一篇专门的@@应用@@@@笔记@@，介绍了如@@何利用@@@@PC曲线@@@@进行@@PC寿命@@(次数@@)计算@@的@@基@@本思路@@，如@@图@@@@2。

图@@2：英飞凌@@关于@@@@PC和@@TC的@@AN

以@@上@@@@述应用@@笔记中@@@@IGBT模块@@的@@@@PC曲线@@@@及@@其@@@@@@PC寿命@@计算@@@@为@@例@@@@，如@@图@@@@3所示@@，典型@@@@IGBT功率@@模块@@的@@@@@@PC曲线@@@@，及@@其@@@@Ton时@@间的@@折算@@曲线@@@@@@，通过@@实际应用@@中@@@@@@IGBT的@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@(Tvjmax和@@ΔTvj)，再根据@@@@Tvj波动@@@@周期进行@@Ton时@@间的@@折算@@，就@@可以@@得到@@@@@@单@@点工况的@@@@PC次数@@。复杂工况可以@@通过@@加权平均或@@者@@雨流法等@@复杂算法@@，算出总的@@@@PC次数@@及@@其@@@@对@@应的@@时@@间@@，即@@所谓的@@@@PC寿命@@。计算@@的@@思路比@@较简单@@@@，如@@果没有@@PC曲线@@@@，有对@@应的@@@@PC拟合公式@@，同样可以@@进行上@@述@@PC寿命@@计算@@@@。

图@@3：典型@@@@IGBT模块@@的@@@@PC曲线@@@@和@@@@Ton折算曲线@@@@@@

此处@@，需要@@特别说明两点@@：一是@@@@，不同@@的@@@@PC测试@@方法@@，会得到@@@@不同@@的@@@@@@PC测试@@结@@果曲线@@@@@@，而@@不同@@器件@@厂家的@@@@PC测试@@方法@@可能是@@不同@@的@@@@@@(英飞凌@@的@@@@测试@@方法@@@@是@@业内最严酷的@@@@，如@@图@@@@4)。因此@@，以@@车规模块@@的@@@@@@AQG324可靠性标准@@为@@例@@@@，详细规定了@@PC的@@测试@@方法@@@@（统一测试@@条件@@），以@@公平地对@@比@@不同@@器件@@的@@@@PC能力@@表@@现@@@@。二是@@@@，同样的@@器件@@@@@@，失效概率@@(Failure Probability)不同@@，则@@PC曲线@@@@也不同@@@@。英飞凌@@一般按@@默认@@5%(业内标杆@@)，而@@有些器件@@厂家可能是@@@@10%。

图@@4：不同@@的@@@@PC测试@@方法@@对@@@@PC测试@@结@@果的@@影响@@@@

以@@上@@@@，我们介绍了功率@@器件@@@@@@(IGBT模块@@)可靠性的@@基@@础@@。针对@@@@OBC应用@@中@@@@的@@@@单@@管@@@@@@(Si或@@SiC)器件@@，上@@述思路同样适应@@，只是@@相应的@@器件@@@@@@PC曲线@@@@稍有差异@@，再增加一些针对@@@@单@@管@@@@特性@@的@@额外参数折算等@@而@@已@@，相关@@细节@@，我们会在@@下@@一篇的@@具体案例中@@分析与@@讨论@@。

OBC应用@@与@@@@PFC拓扑@@

车载@@OBC产品@@复杂度高@@，在@@OBC产品@@设计应用@@中@@@@@@，要@@实现@@其@@高功率@@密度@@、高可靠性@@、高效@@率@@、高性价比@@等@@核心指标的@@优化与@@平衡@@。为@@了满足电网@@@@AC侧输入功率@@因素和@@谐波的@@要@@求@@，和@@DCDC的@@宽电压@@@@/负载范围@@，通常@@OBC采用@@一级@@独立的@@功率@@因素矫正@@（PFC）电路@@，典型@@@@的@@车载@@@@OBC系统@@架构如@@图@@@@@@5所示@@。PFC级@@通过@@矫正输入@@AC电流@@，保持和@@输入电压@@@@同相位的@@交流@@正弦波@@，在@@实现@@高功率@@因素的@@同时@@@@@@，功率@@器件@@@@流过同频率@@的@@脉动@@电流@@@@，功率@@损耗@@呈现脉动@@形式@@，带来比@@较大的@@结@@温@@@@@@Tvj波动@@@@(ΔTvj)。如@@上@@节所述@@，功率@@器件@@@@的@@结@@温@@@@@@(Tvj)波动@@@@与@@功率@@循环@@@@(PC)寿命@@密切相关@@@@，设计车载@@@@OBC产品@@，评估功率@@器件@@@@@@PC寿命@@，不可避免需要@@分析功率@@器件@@@@的@@结@@温@@@@@@波动@@@@带来的@@影响@@@@，这对@@车载@@@@OBC的@@长期可靠性评估尤为@@重要@@@@，这个@@话题也得到@@@@了业界越来越多的@@关注@@和@@重视@@。

图@@5：OBC产品@@结@@构@@示意图@@@@@@

目前@@主流的@@@@OBC拓扑@@，一般分为@@非隔离@@AC/DC的@@PFC(如@@单@@@@/双向@@图@@腾柱@@@@PFC，或@@两电平@@@@B6等@@)和@@隔离@@DC/DC的@@谐振电路@@@@(如@@LLC, CLLC, DAB等@@)两部分@@。按@@PFC接入电网@@的@@制式@@(单@@相@@或@@三相@@或@@多相兼容@@@@)、电池能量单@@向@@或@@双向@@@@、电池电压@@@@400V或@@800V，结@@合系统@@性能@@与@@@@成本指标等@@要@@求@@，具体的@@拓扑@@方案@@及@@器件@@选型@@都会有所不同@@@@。

以@@单@@相@@@@功率@@@@6.6kW的@@OBC 为@@例@@，下@@图@@@@是@@@@PFC的@@几种@@常见拓扑@@@@组合@@@@，如@@图@@@@6所示@@。

在@@单@@@@相图@@腾柱@@@@PFC的@@快管@@@@位置@@@@：既有两路@@IGBT单@@管@@@@交错@@，也有@@单@@路@@SiC MOSFET单@@管@@@@，或@@是@@单@@路混合型@@@@SiC单@@管@@@@(Si/IGBT+SiC/SBD)等@@，基@@于@@不同@@的@@@@功率@@器件@@@@特性@@@@，常见的@@开关频率@@@@@@fsw从@@40kHz ~ 100kHz不等@@@@。

在@@单@@@@相图@@腾柱@@@@PFC的@@慢管@@@@位置@@@@：有单@@向@@充电@@的@@二极管@@@@@@，也有@@V2X双向@@需求的@@@@IGBT单@@管@@@@或@@者@@@@Si MOSFET单@@管@@@@方案@@@@。

图@@6：单@@相@@6.6kW OBC PFC常见拓扑@@@@组合@@

如@@图@@@@7，在@@单@@@@/三相@@电网@@兼容@@的@@@@11kW OBC PFC中@@，基@@本以@@@@1200V SiC MOEFET单@@管@@@@的@@方案@@为@@主@@，在@@三相@@@@电网@@充放电时@@@@，以@@三相@@全桥@@B6拓扑@@运行@@，在@@单@@@@相电网@@充放电或@@者@@@@V2L时@@，可选其@@中@@@@一组桥臂作为@@@@慢管@@@@@@工作@@，其@@他桥臂交错或@@并联作为@@@@快管@@@@@@工作@@。

图@@7：单@@/三相@@兼容@@的@@@@11kW OBC PFC(3线@@/4线@@)常见拓扑@@@@

因此@@，在@@OBC应用@@中@@@@的@@@@PFC拓扑@@，主流就@@是@@@@单@@相@@图@@腾柱@@@@PFC和@@三相@@全桥@@B6这两种@@。

车规功率@@器件@@@@在@@单@@@@相图@@腾柱@@@@拓扑@@中@@的@@@@损耗@@分析与@@@@Tvj波动@@@@

如@@图@@@@8，基@@于@@PLECS软件@@，我们搭建了简单@@的@@单@@相@@图@@腾柱@@电路@@@@，结@@合英飞凌@@官网@@的@@车规器件@@@@PLECS模型@@@@，进行了器件@@损耗@@与@@@@Tvj波动@@@@的@@仿真@@@@。

以@@单@@相@@@@6.6kW充电@@工况为@@例@@@@，仿真@@Setup如@@下@@@@：

快管@@@@位置@@(T1/T2/D1/D2)：Si/IGBT/F5/650V/50A + SiC/SBD/650V/30A

慢管@@@@位置@@(Q3/Q4)：Si/CoolMOS/650V/50mOhm

开关频率@@@@fsw：60kHz

电网@@电压@@@@和@@电流@@@@@@：220Vac/32Arms

母线@@电压@@@@：420Vdc

图@@8：单@@相@@6.6kW图@@腾柱@@PFC示意图@@@@

图@@9：电网@@电压@@@@(V)和@@电流@@@@(A)及@@其@@@@驱动@@@@信号@@@@(T1/T2为@@快管@@@@@@、Q3/Q4为@@慢管@@@@@@)

图@@10：快管@@@@(T1/D1)和@@慢管@@@@@@(Q3)损耗@@(W)波形与@@电网@@电流@@@@(A)的@@波形@@

如@@图@@@@9和@@图@@@@10所示@@，快管@@@@T1/D1属于@@高频@@硬开关@@，慢管@@@@Q3只是@@工频导通@@@@。所以@@@@，快管@@@@的@@器件@@@@功率@@损耗@@包含开关损耗@@@@和@@导通@@损耗@@@@，而@@慢管@@@@的@@器件@@@@功率@@损耗@@只有导通@@损耗@@@@。再加上@@器件@@自身的@@瞬态热@@阻@@@@Zthjc，以@@及@@@@器件@@外围的@@热@@阻@@与@@水温等@@@@，就@@可以@@得到@@@@@@功率@@器件@@@@的@@结@@温@@@@@@@@Tvj波动@@@@，如@@图@@@@11所示@@：

图@@11：快管@@@@(T1/D1)和@@慢管@@@@@@(Q3)的@@结@@温@@@@Tvj(̊C)波动@@@@和@@输入电流@@@@Iin_ac(A)

由@@图@@@@11，无论快管@@@@还是@@慢管@@@@@@，都存在@@@@50Hz的@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@。结@@合前面的@@仿真@@分析可知@@@@@@，快管@@@@位置@@T1/D1的@@损耗@@及@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@的@@影响@@因素@@，和@@慢管@@@@@@位置@@@@Q3的@@情况是@@不同@@的@@@@@@，如@@图@@@@12所示@@：

快管@@@@T1(以@@IGBT为@@例@@)的@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@，相关@@的@@影响@@因素较多@@，包括@@PFC系统@@参数@@、器件@@自身特性@@@@(开关特性@@@@、导通@@特性@@@@、热@@阻@@特性@@@@)、及@@其@@@@换流@@FWD特性@@等@@@@，即@@相同器件@@下@@的@@可调节的@@自由@@度或@@可优化的@@空间较大@@。

慢管@@@@Q3(以@@CoolMOS为@@例@@)的@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@，几乎只与@@@@Rdson和@@热@@阻@@@@Zthjc相关@@。

快管@@@@D1如@@果采用@@@@SiC/SBD，考虑到@@@@Erec很小@@@@，则@@情况与@@慢管@@@@@@Q3非常类似@@，也几乎只与@@@@@@SiC/SBD电流@@规格和@@热@@阻@@@@@@Zthjc相关@@。

图@@12：快管@@@@(T1/D1)和@@慢管@@@@@@(Q3)的@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@的@@影响@@因素@@

总结@@@@

综上@@@@所述@@，文章简要@@回顾了功率@@器件@@@@的@@@@PC寿命@@可靠性@@、分析了@@OBC中@@PFC主流拓扑@@@@、和@@仿真@@了图@@腾柱@@@@PFC的@@损耗@@和@@结@@温@@@@Tvj波动@@@@。那么@@，在@@实际@@OBC应用@@中@@@@，如@@果结@@合英飞凌@@的@@@@车规产品@@@@，进行结@@温@@@@Tvj波动@@@@的@@计算@@与@@@@PC寿命@@评估及@@其@@@@注@@意事项等@@@@，我们将@@在@@后续篇章中@@逐步深入与@@展开@@。

东芝@@推出@@用于直流@@无刷电机@@@@驱动@@@@的@@@@600V小@@型@@@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@

judy — Thu, 26 Oct 2023 02:20:05 +0000

通孔@@式@@小@@型@@@@封装@@@@有助于减小@@@@表@@贴面积和@@电机@@电路@@板尺寸@@@@

东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@（“东芝@@”）今日宣布@@，推出@@两款@@@@600V小@@型@@@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@（IPD）——“TPD4163K”和@@“TPD4164K”，可用于@@空调@@@@、空气净化器@@和@@泵@@等@@直流@@无刷电机@@@@驱动@@@@应用@@@@。这两款@@器件@@的@@输出电流@@@@@@（DC）额定值@@分别为@@@@@@1A和@@2A，于今日开始支持@@批量出货@@。

这两款@@新产品@@均采用@@@@通孔@@式@@@@HDIP30封装@@，与@@东芝@@之前的@@产品@@相比@@@@@@，表@@贴面积减小@@@@了约@@21%[1]。这也有@@助于缩小@@电机@@驱动@@@@@@电路@@板的@@尺寸@@@@。

考虑到@@@@在@@供电不稳定@@的@@地区@@，供电电压@@@@可能波动@@@@较大@@，因此@@该新产品@@还将@@电压@@从@@东芝@@之前产品@@@@[1]的@@500V提升@@到@@@@600V，提高@@了可靠性@@。

即@@日起用户可访问东芝@@官网@@获取@@“无感@@直流@@无刷电机@@@@驱动@@@@电路@@参考设计@@”，该参考设计使用@@了新产品@@@@TPD4164K，以@@及@@@@带有矢量控制@@引@@擎的@@@@TMPM374FWUG微控制@@器的@@相关@@功能@@。

未来@@，东芝@@将@@继续扩大自身的@@节能电机@@控制@@产品@@线@@@@，提供@@各种封装@@和@@改进的@@器件@@@@特性@@@@，为@@提高@@设计灵活性以@@及@@@@实现@@碳中@@和@@目标@@做出贡献@@。

无感@@BLDC电机@@控制@@电路@@@@参考设计@@

采用@@TPD4164K的@@无感@@@@BLDC电机@@控制@@电路@@@@

简易方框图@@@@

应用@@：
适用于@@家用电器的@@直流@@无刷电机@@@@@@
- 风扇电机@@@@（空调@@、空气净化器@@、通风扇@@、吊扇等@@@@）
- 泵@@

特性@@：
- 高额定供电电压@@@@@@，确保电源@@@@电压@@波动@@@@时@@的@@运行余量@@：VBB＝600V
- 小@@型@@@@封装@@@@：通孔@@式@@HDIP30封装@@：32.8mm13.5mm（典型@@@@值@@），厚度@@＝3.525mm（典型@@@@值@@）

主要@@规格@@：

（除非另有说明@@，Ta＝25℃）

器件@@型@@号@@				TPD4163K	TPD4164K
绝对@@最大@@额定值@@@@	供电电压@@@@VBB（V）			600
	输出电流@@@@（DC）Iout（A）			1	2
工作范围@@	工作供电电压@@@@@@ VBB（V）		最大值@@	450
电气@@特性@@@@	输出饱和@@电压@@@@	VCEsatH（V）	典型@@@@值@@	2.6 （IC＝0.5A）	3.0 （IC＝1A）
		VCEsatL（V）
	FRD正向@@电压@@@@	VFH（V）	典型@@@@值@@	2.0 （IF＝0.5A）	2.5 （IF＝1A）
		VFL（V）
封装@@	类型@@@@			通孔@@
	东芝@@名称@@@@			HDIP30
	尺寸@@（mm）			32.8Í13.5（典型@@@@值@@），厚度@@＝3.525（典型@@@@值@@）
保护功能@@				SD引@@脚控制@@过流@@@@／热@@关断@@@@／欠压等@@关断@@功能@@
库存查询与@@购买@@				在@@线@@购买@@		在@@线@@购买@@

注@@：
[1] DIP26封装@@产品@@@@（停产产品@@@@）：TPD4123K、TPD4123AK、TPD4144K、TPD4144AK、TPD4135K、TPD4135AK

如@@需了解@@@@有关新产品@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

TPD4163K
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/intelligent...

TPD4164K
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/intelligent...

如@@需了解@@@@东芝@@智能@@功率@@@@@@IC的@@更多信息@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：
智能@@功率@@@@IC
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/intelligent...

如@@需了解@@@@东芝@@更多使用@@新产品@@的@@解决方案@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

空调@@
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/application/aircond...

空气净化器@@
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/application/air-cle...

如@@需了解@@@@相关@@新产品@@在@@线@@分销商网@@站的@@供货情况@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：
TPD4163K
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/where-to-buy/stockc...

TPD4164K
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/where-to-buy/stockc...

关于@@东芝@@电子@@@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@

东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@是@@先进的@@半导体和@@存储@@解决方案@@@@的@@@@领先供应商@@，公司@@累积了半个@@多世纪@@的@@经验和@@创新@@，为@@客户和@@合作伙伴提供@@分立@@半导体@@、系统@@LSI和@@HDD领域@@的@@杰出解决方案@@@@@@。

公司@@22,200名员工遍布世界各地@@，致力于实现@@产品@@价值的@@最大化@@，东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@十分注@@重与@@客户的@@密切协作@@，旨在@@促进价值共创@@，共同开拓新市场@@，公司@@现已拥有超过@@@@8,598亿日元@@（62亿美元@@）的@@年@@销售额@@，期待为@@世界各地的@@人们建设更美好的@@未来@@并做出贡献@@。

如@@需了解@@@@有关东芝@@电子@@@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：https://toshiba-semicon-storage.com

如@@何利用@@表@@面贴装功率@@器件@@@@@@提高@@大功率@@@@电动@@汽车@@@@电池@@的@@充电@@能力@@@@

judy — Mon, 23 Oct 2023 02:42:14 +0000

终端用户希望新的@@电动@@汽车@@@@设计能够最大限度地减少车辆的@@空闲时@@间@@，尤其@@是@@@@在@@长途驾驶中@@@@。电动@@汽车@@@@设计人员需要@@提高@@充电@@器@@的@@功率@@输出@@@@、功率@@密度和@@效率@@，以@@实现@@终端用户期望的@@快速充电@@@@。目前@@，单@@个@@单@@元充电@@器@@的@@设计@@范围是@@从@@@@7千瓦@@到@@@@30千瓦@@。将@@单@@个@@单@@元@@188足彩外围@@app 组合到@@模块@@化设计中@@可以@@增加功率@@输出@@，帮助充电@@器@@制造商实现@@占地面积更小@@@@、灵活性更高和@@可扩展@@性的@@目标@@@@。对@@有源@@@@功率@@@@188足彩外围@@app 使用@@先进的@@隔离封装@@@@，可实现@@更高的@@@@功率@@密度@@并显著减少电路@@设计中@@的@@@@热@@管@@理工作@@，从@@而@@解决大功率@@@@充电@@的@@挑战@@。

电力公司@@面临着额外的@@管@@理大负载的@@挑战@@，这些@@大负载是@@由@@@@增加的@@电动@@汽车@@@@使用@@的@@电动@@汽车@@@@电池@@充电@@而@@产生@@的@@@@。公用事业单@@位正在@@研究两项车辆到@@电网@@的@@技术@@@@：

V1G – 在@@这项称为@@智能@@充电@@的@@技术@@中@@@@，公用事业单@@位通过@@两种方式单@@独分配能量@@，以@@将@@需求峰值降至@@最低@@@@;即@@通过@@控制@@电动@@汽车@@@@开始充电@@的@@时@@间和@@供电的@@多少@@。

V2G – 双向@@充电@@控制@@充电@@时@@间@@、功率@@和@@方向@@@@。例如@@@@，为@@了减少峰值需求@@，该公用事业单@@位可以@@将@@充满电的@@电池中@@的@@@@一些电力拉回电网@@@@，然后将@@其@@供应给另一辆车@@。V2G方法对@@于@@车队来说@@可能非常具有@@成本效益@@，因为@@@@为@@调峰做出贡献将@@被认为@@是@@一项有价值的@@服务@@。例如@@@@，大多数@@校车只在@@白天运行@@，整晚都可以@@充电@@和@@共享电力@@。一支规模更大的@@车队@@，比@@如@@@@美国运营的@@@@50万辆校车@@，可以@@被控制@@成高度分散的@@能源@@储@@存@@。在@@美国暑假的@@@@100天空闲时@@间里@@，可用电池容量可以@@增长到@@@@GWh的@@水平@@。为@@了适应@@V2G技术@@，现在@@@@的@@设计@@人员需要@@开发双向@@充电@@器@@@@，这种充电@@器@@也可以@@为@@电网@@供电@@。

与@@简单@@的@@单@@向@@充电@@器@@相比@@@@@@，双向@@充电@@器@@的@@设计@@更加复杂@@，需要@@更多的@@@@188足彩外围@@app 。还需要@@额外的@@努力来管@@理功耗和@@开发复杂的@@控制@@算法@@。

处理更高功率@@需要@@高功率@@半导体的@@先进封装@@@@

图@@1显示了@@一种双向@@电源@@@@拓扑@@@@，该拓扑@@在@@@@8个@@半桥@@组中@@使用@@@@16个@@碳化硅@@@@功率@@@@MOSFET。为@@了实现@@更高的@@@@功率@@@@，电子@@设计人员可以@@并联使用@@更多的@@离散功率@@@@FET;然而@@@@，这会使电力电子@@系统@@的@@设计@@复杂化@@。分立@@功率@@@@FET封装@@通常@@为@@@@@@D²PAK或@@TO-247封装@@。当@@设计功率@@级@@别超过@@@@30 kW时@@，先进的@@隔离封装@@提供@@了支持@@所需高输出功率@@的@@@@188足彩外围@@app 。

图@@1：具有@@多级@@功率@@转换@@@@的@@双向@@充电@@器@@电路@@@@

与@@分立@@封装@@不同@@@@，隔离封装@@允许@@将@@多个@@封装@@安装到@@一个@@公共散热@@器上@@@@。由@@于@@其@@外形小@@巧@@，与@@12毫米或@@@@17毫米功率@@模块@@相比@@@@@@@@，它们通过@@最小@@化子单@@元的@@总高度@@，提供@@了更紧凑的@@设计@@@@。此外@@，使用@@具有@@高绝缘强度的@@顶部冷却侧@@，器件@@和@@散热@@器之间@@不需要@@额外的@@隔离箔@@，使组装过程更容易@@，成本更低@@@@。

图@@2显示了@@封装@@选项及@@其@@@@功率@@处理能力@@@@。这些@@封装@@选项根据@@输出功率@@和@@散热@@量以@@及@@@@印刷电路@@板@@(PCB)布局的@@复杂性和@@组装难度进行评级@@@@。表@@面贴装功率@@器件@@@@@@(SMPD)为@@设计人员提供@@了功率@@能力@@@@、功耗以@@及@@@@易于布局和@@组装的@@最佳组合@@。

图@@2.封装@@功率@@能力@@与@@封装@@性能@@的@@比@@较@@

SMPD封装@@可实现@@更高功率@@密度@@

电动@@汽车@@@@充电@@系统@@设计人员可以@@使用@@@@SMPD来容纳各种电压@@等@@级@@@@和@@电路@@拓扑@@@@(包括@@半桥@@@@)的@@各种芯@@片@@技术@@@@。SMPD封装@@的@@@@示例如@@@@图@@@@3所示@@。SMPD封装@@具有@@以@@下@@@@特点@@：

具有@@铜引@@线@@框架的@@直接铜键合@@ (DCB)基@@板@@，铝键合线@@@@，半导体周围的@@塑料模塑化合物@@。DCB结@@构@@提供@@高隔离强度@@，从@@而@@实现@@了在@@单@@@@个@@载体上@@进行具有@@高散热@@能力@@的@@多半导体排列@@。DCB裸露的@@铜层最大限度地增加了散热@@器连接的@@可用表@@面积@@。铜引@@线@@框架与@@铝键合导线@@相结@@合@@@@，简化了焊接和@@组装@@。

图@@ 3. 表@@面贴装功率@@器件@@@@@@ (SMPD) 封装@@的@@@@示例结@@构@@@@(来源@@@@：Littelfuse )

本示例中@@的@@@@@@ SMPD 封装@@设计具有@@以@@下@@@@几个@@优点@@：

UL认证@@，额定绝缘电压@@高达@@@@2500 V

与@@其@@它半导体封装@@@@(例如@@@@ TO 型@@器件@@@@)相比@@@@，热@@阻@@更低@@@@。

SMPD 提供@@比@@@@ TO 型@@封装@@更高的@@@@载流能力@@@@。

由@@于@@半导体芯@@片@@和@@@@散热@@器之间@@的@@低@@寄生耦合电容@@@@，降低@@了辐射@@ EMI。

最大限度地利用@@半导体的@@能力@@@@，以@@及@@@@由@@于@@封装@@的@@@@低@@杂散电感导致的@@低@@电压@@过冲@@。

在@@启用定制拓扑@@方面具有@@更大的@@灵活性@@，包括@@晶闸管@@@@@@、功率@@二极管@@@@@@、MOSFET 和@@ IGBT。

由@@于@@背面隔离@@，所有功率@@半导体都可以@@安装在@@单@@@@个@@散热@@器上@@@@。

如@@图@@@@4所示@@，SMPD封装@@有两个@@@@版本@@，即@@SMPD-X和@@SMPD-B。SMPD-X包含单@@个@@开关@@、单@@个@@二极管@@@@或@@@@Co-Pack，可以@@在@@@@一个@@封装@@中@@满足更高的@@@@功率@@需求@@。SMPD-B允许@@在@@各种电压@@@@、电流@@和@@技术@@中@@构建模块@@@@，如@@各种拓扑@@中@@的@@@@@@MOSFET、IGBT和@@晶闸管@@@@@@。

图@@4：SMPD-X和@@SMPD-B封装@@比@@较@@

两个@@@@版本都具有@@相同的@@@@封装@@尺寸@@@@，长度为@@@@25 mm，宽度为@@@@23 mm，并且@@具有@@共同的@@占地面积和@@安装面积@@。

19英寸@@机架@@，具有@@两个@@@@高度单@@元@@(2HU)，长度为@@@@880 mm，用于电动@@汽车@@@@充电@@子@@单@@元@@，在@@行业中@@随处可见@@@@。例如@@@@，当@@使用@@@@薄型@@@@SMPD封装@@时@@@@，与@@采用@@@@19英寸@@2HU机架配置的@@@@E2和@@E3封装@@相比@@@@@@，该设计节省@@了约@@13%的@@体积@@@@，从@@而@@为@@功率@@磁件和@@去耦合电容@@器等@@无源@@@@188足彩外围@@app 提供@@了更大的@@空间@@。

图@@5所示@@。减少所需的@@@@188足彩外围@@app 数量@@可实现@@更高的@@@@功率@@密度@@和@@更高的@@@@功率@@@@，并减小@@@@总体组装尺寸@@@@。图@@5所示@@的@@每个@@封装@@包含了两个@@@@功率@@@@MOSFET，这是@@@@SMPD封装@@的@@@@多个@@电路@@配置中@@的@@@@一个@@示例@@。

图@@5.基@@于@@SMPD封装@@的@@@@双向@@充电@@器@@将@@@@188足彩外围@@app 数量@@减少了将@@近@@50%

如@@果要@@求目标@@是@@更高的@@@@功率@@水平@@，SMPD还可用于@@@@IGBT和@@碳化硅@@@@@@MOSFET的@@单@@开关配置@@。一旦设计需要@@更高的@@@@电压@@@@，就@@可以@@随时@@选择@@@@1700V及@@以@@上@@@@的@@封装@@选项@@。

目标@@：更小@@的@@封装@@和@@更高的@@@@功率@@@@

通过@@采用@@@@SMPD封装@@，设计人员可以@@提高@@电动@@汽车@@@@充电@@器@@的@@功率@@@@，从@@而@@提高@@功率@@密度@@和@@效率@@@@。SMPD使设计人员能够开发输出功率@@高达@@@@50 kW的@@单@@功率@@单@@元@@，而@@无需@@并联@@188足彩外围@@app 。使用@@SMPD功率@@188足彩外围@@app 有助于通过@@使用@@更少的@@@@188足彩外围@@app 来降低@@制造成本@@。表@@面贴装封装@@设计@@(如@@Littelfuse的@@设计@@)，可以@@通过@@低@@热@@阻@@封装@@技术@@将@@散热@@器尺寸@@和@@成本降至@@最低@@@@。使用@@这种封装@@可以@@降低@@辐射和@@传导@@EMI，并具有@@较低@@的@@寄生电容@@@@和@@杂散电感@@。设计人员还可以@@通过@@在@@更高频@@率下@@工作来使用@@更小@@的@@电感器@@，从@@而@@进一步节省@@空间和@@成本@@。

一句话@@：SMPD功率@@器件@@@@封装@@使设计人员在@@不大幅增加系统@@尺寸@@和@@重量的@@情况下@@@@，增加了输出功率@@@@。

本文转载自@@：电子@@工程专辑@@

从@@硅@@到@@碳化硅@@@@@@，更高能效是@@功率@@器件@@@@始终的@@追求@@

judy — Mon, 11 Sep 2023 08:59:08 +0000

随着@@新能源@@汽车@@@@@@和@@电动@@飞机概念的@@兴起@@，在@@可预见的@@未来@@里@@，电能都将@@会是@@人类社会发展的@@主要@@能源@@@@。然而@@@@，随着@@电气@@化在@@各行各业的@@渗透率不断提升@@@@，每年@@全社会对@@电能的@@消耗量都是@@一个@@天文数字@@。比@@如@@@@在@@中@@国@@，根据@@国家能源@@局发布的@@数据@@，2022年@@全社会用电量@@86,372亿千瓦@@@@时@@@@，同比@@增长@@3.6%；其@@中@@@@，高速发展的@@新能源@@汽车@@@@在@@整车制造方面@@，用电量大幅增长@@71.1%。

图@@1：全社会用电量统计@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

各行业电气@@化进程逐渐深入后@@，我们也必须要@@考虑到@@@@一个@@严峻的@@问题@@，那就@@是@@@@节能@@。当@@前@@，任何一种用电设备在@@设计之初@@，都会将@@高能效和@@低@@能耗作为@@@@两大核心性能@@@@，变频空调@@@@、变频冰箱等@@就@@是@@@@其@@@@中@@典型@@@@的@@例子@@。

要@@想让设备不断实现@@更好的@@节能指标@@，用功率@@器件@@@@取代@@传统开关是@@必要@@的@@一步@@。可以@@说@@，功率@@器件@@@@创新的@@方向@@就@@是@@@@为@@了打造更节能的@@社会@@。在@@这里@@，我们将@@重点为@@大家推荐几款@@贸泽电子@@@@官网@@@@在@@售的@@功率@@器件@@@@@@，让大家有一个@@直观的@@感受@@：功率@@器件@@@@能够帮助大家成为@@节能达人@@。

降功耗@@、提密度是@@@@IGBT的@@优势@@

功率@@器件@@@@是@@半导体行业里面的@@一个@@重要@@分支@@，大量应用@@于@@消费电子@@@@、工业@@控制@@@@、交通能源@@@@、电力电网@@和@@航空航天等@@领域@@@@。从@@具体的@@设备来看@@，小@@到@@个@@人用手机和@@电脑的@@电源@@@@@@，大到@@电动@@汽车@@@@@@、高速列车@@、电网@@的@@逆变器@@@@，基@@本都是@@以@@功率@@器件@@@@为@@核心设计实现@@的@@@@。

在@@功率@@器件@@@@普及@@之前@@，各行各业靠低@@效@@、笨重的@@开关来控制@@电能@@，功率@@器件@@@@可以@@通过@@切换电路@@来控制@@电流@@@@，从@@而@@取代@@开关@@。相较而@@言@@@@@@，功率@@器件@@@@的@@优势@@包括@@开关速度快@@@@、开关损耗@@@@小@@@@、通态压降小@@@@、耐高温高压@@@@，以@@及@@@@功率@@密度高等@@@@。功率@@器件@@@@的@@典型@@@@@@性能@@优势决定了@@，这些@@器件@@能够从@@设备运转@@、设备待机和@@设备体积@@等@@多方面实现@@能耗的@@降低@@@@。

功率@@器件@@@@主要@@分为@@二极管@@@@@@、三极管@@@@、晶闸管@@@@、MOSFET和@@IGBT等@@。其@@中@@@@，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅@@双极@@型@@晶体管@@@@@@）是@@MOSFET（场效应@@晶体管@@@@）和@@BJT（Bipolar Junction Transistor，双极@@晶体管@@@@）的@@结@@合体@@，因此@@既有@@MOSFET的@@优势@@，也有@@BJT的@@优势@@。综合而@@言@@@@@@，IGBT的@@优势@@包括@@高电流@@@@、高电压@@@@、高效@@率@@、漏电流@@小@@@@、驱动@@@@电流@@小@@@@、开关速度快@@等@@@@，被广泛应用@@于@@电力控制@@系统@@中@@@@。

在@@低@@碳浪潮中@@@@，IGBT受到@@了热@@捧@@，其@@不仅器件@@可靠性更高@@，并且@@相较于@@传统的@@@@@@MOSFET、BJT，拥有更低@@的@@漏电流@@@@，因此@@器件@@损耗@@更低@@@@，在@@具体的@@使用@@过程中@@@@，借助@@IGBT只需要@@一个@@小@@的@@控制@@信号@@就@@能够控制@@很大的@@电流@@和@@电压@@@@，在@@节能的@@同时@@@@也显著提高@@了系统@@的@@效率@@。目前@@，IGBT器件@@依然在@@借助@@新工艺@@和@@新模块@@方案@@来进一步降低@@系统@@的@@能耗@@。

接下@@来我们将@@为@@大家重点介绍一款@@@@IGBT智能@@功率@@@@模块@@@@（IPM），来自制造商@@ROHM Semiconductor，贸泽电子@@@@官网@@@@上@@该器件@@的@@料号为@@@@@@BM63574S-VC。

图@@2：BM6337x/BM6357x IGBT智能@@功率@@@@模块@@@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

BM63574S-VC是@@整个@@@@BM6337x/BM6357x IGBT智能@@功率@@@@模块@@@@阵营中@@的@@@@其@@中@@@@一款@@@@，这些@@IGBT IPM产品@@由@@栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@、自举二极管@@@@@@、IGBT和@@再生用快速反向@@恢复二极管@@@@组成@@，工作电压@@为@@@@600V，可支持@@的@@集@@电极@@电流@@@@最高可至@@@@30A。

通过@@下@@图@@@@可以@@看到@@@@@@，这些@@600V IGBT IPM具有@@三相@@@@DC/AC逆变器@@、低@@侧@@IGBT栅@@极@@驱动@@@@@@器@@（LVIC）、高侧@@IGBT门驱动@@@@等@@功能@@单@@元@@。其@@中@@@@，低@@侧@@IGBT栅@@极@@驱动@@@@@@器@@除了承担驱动@@@@电路@@的@@角色@@，还提供@@短路@@电流@@保护@@（SCP）、控制@@电源@@@@欠压锁定@@（UVLO）、热@@关断@@@@（TSD）、模拟@@信号@@温度输出@@（VOT）等@@保护功能@@@@；高侧@@IGBT门驱动@@@@器@@@@（HVIC）基@@于@@SOI（绝缘体上@@硅@@@@）工艺@@，除了本身的@@驱动@@@@电路@@@@，还提供@@高电压@@@@电平@@转换@@@@、自举二极管@@@@@@的@@电流@@限制@@、控制@@电源@@@@欠压锁定@@（UVLO）等@@功能@@。

图@@3：BM6337x/BM6357x IGBT智能@@功率@@@@模块@@@@系统@@框图@@@@@@（图@@源@@@@：ROHM Semiconductor）

可以@@说@@，BM6337x/BM6357x IGBT智能@@功率@@@@模块@@@@除了发挥@@IGBT本身的@@优势@@之外@@，也进行了很多针对@@@@性的@@创新@@。比@@如@@@@，在@@高侧@@@@IGBT门驱动@@@@器@@@@上@@采用@@@@SOI工艺@@，提高@@了开关频率@@@@和@@功率@@密度@@，降低@@了系统@@功耗@@，并简化了电路@@设计@@；高侧@@IGBT门驱动@@@@器@@@@中@@内置@@自举二极管@@@@@@@@，可由@@自举二极管@@@@@@供电@@，节省@@PCB面积并减少@@188足彩外围@@app 数量@@；另外@@，高侧@@和@@低@@侧@@@@IGBT门驱动@@@@器@@@@均有欠压锁定功能@@，能够防止@@IGBT模块@@工作在@@低@@效或@@危险状态@@。

图@@4：BM6337x/BM6357x IGBT智能@@功率@@@@模块@@@@典型@@@@应用@@电路@@@@@@@@（图@@源@@@@：ROHM Semiconductor）

这些@@600V IBGT IPM非常适用于@@@@AC100至@@240Vrms（直流@@电压@@@@：小@@于@@400V）类电机@@控制@@应用@@以@@及@@@@空调@@@@、洗衣机或@@冰箱用压缩机或@@电机@@控制@@等@@其@@他应用@@@@。

SiC让节能增效更进一步@@

从@@产业发展现状来看@@，目前@@硅@@是@@制造芯@@片@@和@@@@半导体器件@@最广泛的@@原材料@@，绝大多数@@的@@器件@@@@都是@@基@@于@@硅@@材料制造@@。不过@@，由@@于@@硅@@材料本身的@@限制@@，因此@@相关@@器件@@在@@高频@@和@@高功率@@应用@@方面愈发乏力@@，以@@SiC（碳化硅@@@@）为@@代@@表@@的@@第三代@@@@半导体大功率@@@@电力电子@@器件@@则@@是@@一个@@很好的@@补充@@。

根据@@市场调研机构@@Yole的@@统计数据@@，2021年@@全球@@@@SiC功率@@器件@@@@市场规模@@为@@@@10.90亿美元@@，预计@@2027年@@市场规模将@@达到@@@@@@@@62.97亿美元@@。之所以@@@@能够有如@@此快速的@@增长@@，离不开@@SiC功率@@器件@@@@的@@优良性能@@@@。SiC功率@@器件@@@@又被称为@@@@“绿色@@能源@@器件@@@@”，可显著降低@@电子@@设备的@@能耗@@。

图@@5：全球@@SiC功率@@器件@@@@市场规模@@（图@@源@@@@：Yole）

综合而@@言@@@@@@，SiC功率@@器件@@@@有三大方面的@@性能@@优势@@。

其@@一是@@@@材料本身@@，作为@@@@宽禁带半导体材料的@@代@@表@@@@，SiC具备良好的@@耐高温性@@、耐高压@@性和@@抗辐射性@@，显著提升@@器件@@功率@@密度@@；

其@@二是@@@@@@SiC功率@@器件@@@@拥有高击穿电场@@强度特性@@@@，有助于提高@@器件@@的@@功率@@范围@@@@，降低@@通电电阻@@@@，使其@@具备耐高压@@性和@@低@@能耗性@@；

其@@三是@@高饱和@@电子@@漂移速率特性@@@@，意味着更低@@的@@电阻@@@@，得以@@显著降低@@能量损失@@，简化周边被动@@器件@@@@。也就@@是@@@@@@说@@，无论是@@器件@@本身@@，还是@@基@@于@@@@SiC功率@@器件@@@@构建的@@电力系统@@@@，都会具备高能效@@、高功率@@密度的@@显著优势@@。

下@@面@@我们就@@来为@@大家推荐一款@@具备上@@述优势性能@@的@@@@SiC功率@@器件@@@@，来自制造商@@ROHM Semiconductor，贸泽电子@@@@官网@@@@上@@该器件@@的@@料号为@@@@@@SCT3060ARC14，属于@@ROHM Semiconductor SiC 4引@@脚沟槽式@@MOSFET中@@的@@@@一款@@@@。

图@@6：ROHM Semiconductor SiC 4引@@脚沟槽式@@MOSFET（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

ROHM Semiconductor SiC 4引@@脚沟槽式@@MOSFET原理上@@在@@开关过程中@@不会产生@@拖尾@@电流@@@@，可高速运行且开关损耗@@@@低@@@@。因此@@与@@传统的@@@@硅@@解决方案@@@@相比@@@@@@，SiC MOSFET具有@@更低@@的@@导通@@电阻@@@@@@和@@更快的@@恢复速度@@。

这些@@SiC MOSFET采用@@TO-247-4L封装@@，这是@@@@一种高效@@的@@封装@@方式@@，具有@@独立的@@电源@@@@和@@驱动@@@@器@@源@@极引@@脚@@，通过@@开尔文@@源@@极引@@脚将@@栅@@极@@驱动@@@@@@回路与@@电源@@@@端子@@分开@@。因此@@，由@@于@@源@@电流@@的@@上@@升@@@@，导通@@过程不会因电压@@下@@@@降@@而@@减慢@@，从@@而@@进一步显著降低@@导通@@损耗@@@@。

图@@7：ROHM Semiconductor SiC 4引@@脚沟槽式@@MOSFET引@@脚示意图@@@@@@（图@@源@@@@：ROHM Semiconductor）

这些@@SiC MOSFET提供@@650V和@@1200V两种型@@号@@，是@@服务器电源@@@@@@、太阳能逆变器@@@@和@@电动@@汽车@@@@充电@@桩@@的@@理想选择@@@@，当@@然@@也可以@@将@@其@@应用@@于@@@@DC-DC转换@@器@@、开关电源@@@@@@和@@感应加热@@等@@应用@@方向@@@@。

传统功率@@器件@@@@的@@节能趋势@@

上@@面我们已经提到@@了@@，功率@@器件@@@@的@@种类非常丰富@@，为@@了满足行业对@@节能增效的@@需求@@，不只是@@@@IGBT和@@SiC MOSFET这样@@的@@热@@门器件@@在@@不断更新迭代@@@@，传统功率@@器件@@@@也在@@进行积极创新@@。

目前@@，功率@@器件@@@@的@@创新点有很多@@。比@@如@@@@SiC和@@GaN（氮化镓@@）这些@@属于@@材料级@@别的@@创新@@；也有@@结@@构@@和@@工艺@@的@@创新@@，异质结@@@@构器件@@@@、复合型@@器件@@@@@@、磁隔离型@@器件@@@@等@@@@都是@@较新的@@器件@@@@结@@构@@@@，制造工艺@@和@@封装@@工艺@@也在@@不断升级@@@@；当@@然@@，还有智能@@化@@和@@可重构的@@趋势@@，让功率@@器件@@@@的@@使用@@可以@@更加灵活@@。

接下@@来我们通过@@一颗@@具体的@@器件@@@@来看一下@@@@，该器件@@来自制造商@@@@Nexperia，贸泽电子@@@@官网@@@@上@@的@@料号为@@@@BC857BW-QX。

图@@8：BC857BW-QX（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

BC857BW-QX为@@一款@@@@PNP通用晶体管@@@@，其@@具有@@低@@电流@@和@@低@@电压@@特性@@@@，最大电流@@@@为@@@@100mA，最大电压@@为@@@@65V，可以@@帮助系统@@具备低@@功耗的@@优势@@@@。

除了器件@@本身的@@特性@@@@，BC857BW-QX在@@封装@@方式上@@采用@@@@SOT323表@@面贴装的@@方式@@，这是@@@@一种非常小@@的@@封装@@方式@@，并且@@由@@过去数十年@@来一直使用@@的@@@@SOT23封装@@发展而@@来@@，因此@@具备小@@型@@@@化@@和@@高可靠的@@优势@@@@。所以@@@@，从@@器件@@本身来说@@@@，BC857BW-QX是@@一颗@@小@@型@@@@化@@和@@低@@功耗的@@器件@@@@@@，也能够在@@系统@@中@@发挥同样的@@优势@@@@，帮助打造高功率@@密度的@@产品@@@@。

BC857BW-QX符合@@AEC-Q101车规级@@@@认证@@@@，适用于@@汽车@@应用@@中@@@@的@@@@开关和@@@@放大应用@@@@。

智能@@化@@和@@可重构是@@未来@@的@@大趋势@@

上@@述内容我们主要@@通过@@功率@@器件@@@@的@@材料@@、结@@构@@、封装@@和@@模块@@@@等@@方向@@来阐述功率@@器件@@@@的@@低@@功耗发展趋势@@，这样@@的@@性能@@优势让大家在@@使用@@过程中@@@@，可以@@较为@@从@@容地应对@@越来越严苛的@@高能效要@@求@@，成为@@社会应用@@创新中@@的@@@@节能达人@@。

面向@@未来@@@@，除了从@@器件@@本身和@@应用@@电路@@@@方面继续突破以@@外@@，功率@@器件@@@@也必须要@@更重视和@@人工智能@@@@、物联网@@@@技术@@的@@结@@合@@，需要@@具有@@智能@@化@@和@@可重构的@@特点@@，以@@适应智能@@化@@@@、自适应的@@电力电子@@应用@@@@。当@@具备这样@@的@@优势@@之后@@@@，功率@@器件@@@@将@@能够赋能更多的@@终端领域@@@@，开启节能@@、高效@@、智能@@的@@新时@@代@@@@。

本文转载自@@：贸泽电子@@@@微信公众号@@@@

多元融合高弹性电网@@初落地@@，电源@@@@和@@功率@@器件@@@@迎行业风口@@

judy — Wed, 23 Aug 2023 12:26:08 +0000

每到@@盛夏@@，我国江浙沿海一带就@@会出现电力紧张问题@@。因此@@，“高温下@@保供电@@”便成为@@各地的@@主要@@方针@@。同时@@@@，随着@@新能源@@汽车@@@@@@渗透率提升@@@@，电能供应的@@挑战会越来越大@@@@。为@@了能够更好地解决供电难题@@，多元融合高弹性电网@@成为@@电力能源@@领域@@的@@热@@门概念@@，并已经得到@@@@了初步的@@落实@@。

多元融合高弹性电网@@将@@分@@布式电源@@@@和@@储@@能系统@@@@融入电网@@系统@@中@@@@，具有@@明显@@的@@负载可调特性@@@@，有助于电力系统@@调度控制@@从@@传统的@@@@@@“源@@随荷@@动@@@@”向@@“源@@网@@荷@@储@@友好互动@@@@”模式转变@@。因此@@，在@@电网@@负荷@@不断增大的@@情况下@@@@，多元融合高弹性电网@@具有@@重要@@的@@战略意义@@。

在@@多元融合高弹性电网@@构建的@@过程中@@@@，两种类型@@@@的@@器件@@@@最为@@关键@@，一种是@@模拟@@电源@@@@@@，另一种是@@功率@@器件@@@@@@。同时@@@@，这也是@@贸泽电子@@@@官网@@@@销售的@@两大类主流器件@@@@，它们将@@和@@广大业者一起开启电网@@运转新时@@代@@@@。

多元融合下@@的@@新能源@@发电@@

多元融合高弹性电网@@具有@@高承载@@、高互动@@@@、高自愈@@、高性能@@四大核心特征@@，这就@@要@@求这种新式电网@@需要@@具备两个@@@@基@@础能力@@@@：其@@一是@@@@电网@@需要@@能灵活地应对@@大规模电力供应@@，其@@二是@@@@@@电网@@需要@@能允许@@大规模清洁能源@@动@@态性接入@@。

在@@第二点上@@@@，目前@@清洁能源@@发电拥有广泛的@@市场前景@@。根据@@国家能源@@局的@@统计数据@@@@，2022年@@国内新增@@清洁能源@@装机量为@@@@1.52亿千瓦@@@@，总装机量达到@@@@了@@12.13亿千瓦@@@@。截至@@@@2022年@@底@@，天然气@@、水电@@、核电@@、风电@@、太阳能发电等@@清洁能源@@消费量占能源@@消费总量的@@@@25.9%。近年@@来@@，这一占比@@稳定@@提升@@@@。

目前@@，太阳能和@@风能是@@清洁能源@@的@@主要@@来源@@@@@@，国家能源@@局在@@分享@@2022年@@1-6月@@份发电数据时@@表@@示@@，除了传统的@@火电和@@水电@@@@，太阳能和@@风能在@@份额上@@并列第三名@@，报告期内发电占比@@均为@@@@@@14%。

太阳能发电主要@@有两种形式@@，一种是@@光@@-热@@-动@@-电转换@@方式@@，另一种是@@光@@@@-电直接转换@@方式@@。不过@@，由@@于@@太阳能热@@发电的@@效率很低@@@@，导致其@@建站的@@成本甚至@@会达到@@@@火力发电站的@@@@5-6倍@@，因此@@光电直接转换@@是@@目前@@的@@主流@@，这种方式就@@是@@@@我们所说的@@光伏@@@@。

在@@光伏@@发电的@@大系统@@里@@，由@@光转化的@@电能有两条去路@@：蓄电池和@@电网@@@@。通往电网@@的@@光伏@@发电系统@@主要@@包含四部分@@，分别是@@@@光伏@@矩阵@@、光伏@@控制@@器@@、逆变器@@和@@交流@@负载端@@。这里面@@，逆变器@@的@@作用是@@将@@@@太阳能电池板所发的@@直流@@电转化成能够并网@@使用@@的@@交流@@电@@。

话虽如@@此@@，逆变器@@的@@工作却并不简单@@@@。逆变器@@需要@@通过@@开关电源@@@@@@@@、变压器@@、滤波器@@、IGBT等@@器件@@顺应电网@@的@@电压@@和@@频率@@要@@求@@，调整输出电压@@@@的@@波形@@@@、频率@@和@@相位@@，以@@实现@@与@@电网@@同步@@，如@@此才能实现@@并网@@@@。

逆变器@@也担负着功能安全@@的@@使命@@，具备一定的@@控制@@和@@保护功能@@@@，比@@如@@@@过压@@、过流@@、短路@@、过温等@@@@，确保系统@@的@@稳定@@运行@@。另外@@，逆变器@@也需要@@具备一定的@@动@@态调节能力@@@@，以@@保证系统@@在@@最大功率@@@@点追踪@@(MPPT)下@@运行@@。

在@@整个@@光伏@@逆变器@@中@@@@，IGBT是@@核心部件@@，占到@@光伏@@逆变器@@价值量的@@@@15%-20%。不同@@的@@@@光伏@@电站需要@@的@@@@IGBT产品@@略有不同@@@@，比@@如@@@@集@@中@@式光伏@@主要@@采用@@@@IGBT模块@@，而@@分布式光伏@@主要@@采用@@@@IGBT单@@管@@@@或@@模块@@@@。从@@某种意义上@@讲@@，IGBT的@@性能@@水平直接决定了光伏@@逆变器@@的@@性能@@水平@@。

我们都知道@@IGBT是@@靠驱动@@@@器@@对@@其@@性能@@进行整体调控@@，驱动@@@@器@@的@@好坏直接影响@@IGBT的@@动@@态性能@@@@，并且@@和@@@@IGBT的@@稳定@@性和@@成本息息相关@@@@。在@@这里@@我们为@@大家推荐一款@@来自制造商@@安森美@@@@（onsemi）的@@IGBT驱动@@@@器@@NCD5700x，这款@@器件@@在@@贸泽电子@@@@官网@@@@@@上@@的@@料号为@@@@@@NCD57000DWR2G。

图@@1：NCD5700x大电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

安森美@@NCD5700x是@@内置@@电流@@隔离的@@大电流@@@@单@@沟道@@@@IGBT驱动@@@@器@@，可在@@高功率@@应用@@中@@@@提供@@高系统@@性能@@和@@可靠性@@。相关@@器件@@具有@@高度灵活的@@动@@态@@IGBT性能@@调节能力@@@@。

图@@2：NCD5700x大电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@系统@@框图@@@@@@（图@@源@@@@：安森美@@）

NCD5700x大电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@具有@@低@@输出阻抗@@，用于增强型@@@@IGBT驱动@@@@；可适应输入侧上@@的@@@@5V和@@3.3V信号@@，以@@及@@@@驱动@@@@器@@侧上@@的@@宽偏置电压@@范围@@，包括@@负电压@@功能@@；具有@@互补输入和@@精确@@UVLO，还可提供@@独立的@@高侧@@和@@低@@侧@@@@@@（OUTH和@@OUTL）驱动@@@@器@@输出@@。

图@@3：UVLO示意图@@@@（图@@源@@@@：安森美@@）

NCD5700x大电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@具有@@出色的@@@@安全@@特性@@@@，包括@@漏极@@开路故障和@@就@@绪输出@@、有源@@@@米勒钳位@@@@、DESAT保护以@@及@@@@@@DESAT软关断@@特性@@等@@@@@@。并且@@，相关@@器件@@的@@输入和@@输出之间@@保证了@@8mm的@@爬电距离@@@@，以@@满足增强的@@安全@@绝缘要@@求@@。

除了应用@@于@@太阳能逆变器@@@@领域@@@@，NCD5700x大电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@还可用于@@@@电机@@控制@@@@、不间断电源@@@@@@(UPS)、焊接和@@工业@@电源@@@@等@@丰富场景中@@@@。

储@@能系统@@@@让电网@@更具弹性@@

根据@@国网@@浙江电力研究院联合北京交通大学发布的@@名为@@@@《多元融合高弹性电网@@关键技术@@综述@@》论文@@，在@@多元融合高弹性电网@@系统@@里@@，采用@@了非常多的@@创新型@@@@技术@@@@，包括@@系统@@级@@模型@@@@构建技术@@@@、柔性直流@@输电技术@@@@、高效@@运行控制@@技术@@@@、大数据技术@@@@、云计算@@技术@@以@@及@@@@储@@能技术@@等@@@@。

其@@中@@@@，储@@能技术@@被认为@@是@@解决电网@@负荷@@波动@@@@问题的@@重要@@手段@@，受到@@了全球@@各国家和@@地区的@@重点关注@@@@。

在@@我国@@，根据@@国家发改委的@@统计数据@@@@，截至@@@@2022年@@底@@，全国已投运新型@@@@储@@能项目装机规模达@@870万千瓦@@@@，平均储@@能时@@长约@@2.1小@@时@@@@，比@@2021年@@底@@增长@@110%以@@上@@@@；从@@2022年@@新增@@装机技术@@占比@@来看@@，锂离子电池储@@能技术@@占比@@达@@94.2%，占据市场主导地位@@。

从@@系统@@规模来看@@，相较于@@工商业储@@能系统@@@@和@@移动@@储@@能系统@@@@@@，应用@@于@@电网@@负荷@@调整的@@储@@能系统@@@@均属于@@大型@@储@@能系统@@@@@@，通常@@以@@集@@装箱作为@@@@载体@@，在@@其@@中@@@@组装了电池系统@@@@、能量管@@理系统@@@@、电池管@@理系统@@@@(BMS)、变流器系统@@@@(PCS)、冷却系统@@@@、消防系统@@以@@及@@@@照明和@@监控系统@@@@。这些@@大型@@储@@能系统@@@@既可以@@用于清洁能源@@发电端@@，也可以@@用于用户端的@@电力辅助和@@分时@@用电@@。

储@@能系统@@@@的@@性能@@高低@@主要@@决定于系统@@中@@的@@@@元器件@@@@。综合器件@@的@@性能@@特点和@@储@@能系统@@@@需求来看@@，SiC（碳化硅@@@@）MOSFET是@@一个@@理想的@@选择@@@@，可以@@用于电池充放电控制@@和@@能量管@@理@@。其@@低@@导通@@压降和@@高功率@@密度特性@@使其@@能够实现@@高效@@的@@能量转换@@和@@快速响应@@。并且@@，SiC MOSFET具有@@低@@漏电流@@特性@@@@，让系统@@损耗@@得以@@进一步减少@@。

下@@面@@我们为@@大家推荐一款@@来自安森美@@的@@@@NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@，该器件@@在@@贸泽电子@@@@官网@@@@@@上@@的@@料号为@@@@@@NXH006P120MNF2PTG。

图@@4：NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

如@@下@@@@图@@@@所示@@@@，NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@具有@@两个@@@@@@6mΩ 1200V SiC MOSFET开关和@@@@1个@@热@@敏电阻@@@@，采用@@F2封装@@。器件@@内部的@@@@SiC MOSFET开关使用@@@@M1技术@@，由@@18V-20V栅@@极@@驱动@@@@@@。另外@@，NXH006P120MNF2模块@@采用@@平面@@技术@@@@，裸片热@@阻@@低@@@@，因此@@可靠性高@@。

图@@5：NXH006P120MNF2PTG系统@@框图@@@@（图@@源@@@@：安森美@@）

在@@应用@@方面@@，除了可用于@@电网@@端的@@大型@@储@@能系统@@@@@@，NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@面向@@的@@应用@@@@场景还包括@@@@DC-AC转换@@、DC-DC转换@@、AC-DC转换@@ 、UPS、电动@@汽车@@@@充电@@站和@@太阳能逆变器@@@@等@@@@。

强化传统电网@@的@@基@@础设施@@@@

我们上@@述提到@@了多项可用于@@多元融合高弹性电网@@的@@关键@@技术@@@@，比@@如@@@@系统@@级@@模型@@@@构建技术@@@@、云计算@@技术@@和@@@@大数据技术@@@@等@@@@，让我们能够清晰地认识到@@@@，多元融合高弹性电网@@是@@一种高度依赖数据系统@@的@@新型@@@@@@电网@@@@。

从@@复杂度上@@讲@@，由@@于@@融合了新能源@@@@、物联网@@@@、储@@能和@@人工智能@@等@@创新技术@@@@，多元融合高弹性电网@@相较于@@传统电网@@会更加复杂@@。而@@在@@这套复杂的@@系统@@@@中@@@@，需要@@提前将@@一些功能单@@元和@@负载保护起来@@，让它们免受电网@@波动@@@@和@@雷击浪涌@@、高压@@冲击等@@伤害@@，这便是@@隔离器@@件在@@电网@@中@@起到@@的@@作用@@。同时@@@@，有了隔离器@@件@@，多元融合高弹性电网@@的@@运维也更加高效@@和@@安全@@@@。

接下@@来我们介绍的@@器件@@@@便是@@一款@@@@隔离器@@@@，来自制造商@@TI，贸泽电子@@@@官网@@@@上@@该器件@@的@@料号为@@@@@@ISOW7721DFMR。

图@@6：ISOW7721双通道@@数字隔离器@@@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

TI 的@@ISOW7721双通道@@数字隔离器@@@@是@@一款@@@@电流@@隔离数字隔离器@@@@，集@@成了低@@排放高效@@功率@@转换@@@@器@@，能够提供@@高达@@@@550mW隔离电源@@@@@@。该功能消除了在@@空间受限的@@隔离式设计中@@对@@单@@独的@@隔离式电源@@@@的@@需求@@。在@@隔离性能@@上@@@@，该器件@@提供@@增强型@@和@@基@@础型@@隔离选项@@。

图@@7：ISOW7721双通道@@数字隔离器@@@@系统@@框图@@@@@@（图@@源@@@@：TI）

ISOW7721拥有高效@@率@@输出功率@@@@，最大负载时@@的@@效率为@@@@46%，可提供@@高达@@@@0.55W的@@输出功率@@@@，VISOOUT精度为@@@@±5%，可用负载电流@@高达@@@@110mA（5V至@@5V时@@）、140mA（5V至@@3.3V时@@）或@@者@@60mA（3.3V至@@3.3V时@@）。如@@果需要@@额外功率@@@@，ISOW7721支持@@多器件@@连接@@，在@@系统@@中@@使用@@两个@@@@器件@@将@@集@@成功率@@输出提高@@到@@@@>1W和@@>200mA。

除了可用于@@电网@@基@@础设施@@@@，ISOW7721还可应用@@于@@电机@@控制@@@@、工业@@自动@@化@@、医疗设备和@@测试@@测量等@@领域@@@@。

建设多元融合高弹性电网@@乃大势所趋@@

能源@@技术@@@@、通信技术@@@@、控制@@技术@@等@@领域@@的@@高速发展@@，让建设多元融合高弹性电网@@成为@@可能@@。在@@全球@@主要@@国家和@@地区推动@@@@“双碳目标@@@@”落地的@@过程中@@@@，建设多元融合高弹性电网@@也有@@其@@必要@@性@@，是@@提升@@电能稳定@@供应的@@有效手段@@。随着@@相关@@项目逐步落地@@，电网@@将@@逐步体现出经济高效@@@@、绿色@@低@@碳的@@优良特性@@@@。

不过@@，必须要@@强调的@@是@@@@，多元融合高弹性电网@@并不是@@对@@现有电网@@进行粗暴的@@改造@@，这样@@做往往会事倍@@功半@@。多元融合高弹性电网@@是@@对@@电网@@@@“源@@-网@@-荷@@-储@@”进行全面的@@智能@@化@@升级@@@@，需要@@因地制宜@@，将@@存量资源@@和@@增量资源@@有机结@@合@@，这才是@@真正的@@柔性电网@@@@，真正的@@可持续发展@@。

本文转载自@@：贸泽电子@@@@微信公众号@@@@

新能源@@汽车@@@@加速爆发@@，功率@@器件@@@@迎来增长新契机@@

judy — Thu, 01 Jun 2023 07:18:55 +0000

在@@当@@前@@全球@@经济衰退和@@整个@@半导体行业下@@行周期背景下@@@@，汽车@@半导体似乎成为@@了一个@@逆势的@@窗口产业@@。

与@@此同时@@@@@@，随着@@汽车@@电动@@化@@、智能@@化@@、网@@联化@@、共享化等@@新四化发展趋势@@，以@@及@@@@新能源@@汽车@@@@产销两旺的@@持续景气市场@@，汽车@@电子@@迎来结@@构@@性变革机遇@@。

新能源@@汽车@@@@（混合动@@力汽车@@或@@纯电动@@汽车@@@@等@@@@）半导体含量显著高于传统汽车@@@@。

相较于@@燃油车@@，新能源@@汽车@@@@不再使用@@汽油发动@@机@@、油箱或@@变速器@@，“三电系统@@@@”即@@电池@@、电机@@、电控系统@@取而@@代@@之@@，新增@@DC-DC模块@@、电机@@控制@@系统@@@@、电池管@@理系统@@@@、高压@@电路@@等@@核心部件@@，在@@这些@@部件中@@@@MOSFET、 IGBT 等@@功率@@器件@@@@都起着非常关键的@@作用@@。

功率@@半导体在@@新能源@@汽车@@@@@@上@@的@@应用@@@@@@

功率@@半导体是@@电子@@装置中@@电能转换@@与@@电路@@控制@@的@@核心@@，主要@@用于@@改变电子@@装置中@@电压@@和@@频率@@@@、直流@@交流@@转换@@等@@@@，汽车@@行业的@@变革将@@拉动@@功率@@器件@@@@消费增长@@。

据英飞凌@@报告显示@@，新能源@@汽车@@@@中@@功率@@半导体器件@@的@@价值量约为@@@@传统燃油车的@@@@5 倍@@以@@上@@@@@@。另外@@，功率@@器件@@@@也将@@在@@电动@@汽车@@@@充电@@站中@@加大应用@@@@，并带来市场规模的@@进一步增长@@。

Gartner数据统计@@，车规级@@@@功率@@半导体市场规模增幅最大@@，2020年@@营收约为@@@@@@61亿美元@@，预计@@到@@@@2030年@@将@@达到@@@@@@@@265亿美元@@，这将@@是@@整个@@@@汽车@@半导体市场中@@营收规模最大的@@市场@@。

功率@@器件@@@@迎来增长新契机@@

硅@@基@@@@MOSFET不可或@@缺@@

MOSFET全称叫做金属@@-氧化物半导体@@场效应@@晶体管@@@@@@，属于@@功率@@半导体的@@基@@础器件@@@@，具有@@驱动@@@@功率@@小@@@@、开关速度快@@，工作频率@@@@高@@，热@@稳定@@性强的@@特点@@，广泛应用@@于@@高频@@率和@@中@@低@@压的@@小@@功率@@方面@@，起到@@放大电路@@或@@开关电路@@的@@作用@@。

MOSFET依照其@@@@“通道@@”的@@极性不同@@@@，可分为@@@@“N型@@”与@@“P型@@”的@@两种类型@@@@@@，通常@@又称为@@@@NMOSFET与@@PMOSFET，不同@@类型@@@@的@@@@MOSFET耐压@@性能@@@@、范围也不一样@@@@。

在@@如@@今@@兴起的@@新能源@@电动@@车中@@@@，硅@@基@@@@MOSFET是@@不可或@@缺@@的@@存在@@@@@@，是@@汽车@@电子@@中@@的@@@@核心@@188足彩外围@@app 。据行业机构预测@@，2022年@@在@@@@MOSFET终端应用@@中@@@@@@，汽车@@领域@@占比@@最高为@@@@22%，另外@@在@@@@PC电脑和@@存储@@设备占比@@达@@19%，工业@@比@@例为@@@@14%。

实际上@@@@，在@@进入新能源@@汽车@@@@时@@代@@之前@@，MOSFET就@@已经应用@@于@@燃油车中@@涉及@@电动@@功能的@@区域@@，比@@如@@@@辅助刹车@@、助力转向@@和@@座@@椅等@@控制@@系统@@@@。

随汽车@@电动@@化开启@@，MOSFET需求激增@@。新能源@@汽车@@@@以@@电制动@@的@@方式使得中@@高压@@@@MOEFET作为@@@@DC-DC、OBC等@@电源@@@@重要@@组成部分应用@@于@@汽车@@动@@力域以@@完成电能的@@转换@@与@@传输@@，单@@车用量提升@@至@@@@200个@@以@@上@@@@@@；此外@@，随着@@汽车@@智能@@化@@发展@@，ADAS、安全@@、信息娱乐@@等@@功能@@需@@MOSFET作为@@@@电能转换@@的@@基@@础器件@@支撑数字@@、模拟@@等@@芯@@片@@完成功能实现@@@@，使得中@@高端车型@@单@@车@@MOSFET用量可增至@@@@400个@@以@@上@@@@@@。

有数据统计@@@@，到@@2026年@@，全球@@车规级@@@@@@MOSFET市场规模预计@@为@@@@30亿美元@@，年@@复合增速达@@12.25%。

IGBT——车规级@@@@功率@@器件@@@@最大增量@@

上@@文提到@@@@，MOSFET无论是@@在@@@@传统燃油车还是@@新能源@@汽车@@@@上@@@@，都有广泛应用@@@@，这使得在@@汽车@@新四化变革下@@@@，车规级@@@@MOSFET的@@市场增量不如@@@@IGBT明显@@。

IGBT，绝缘栅@@双极@@型@@晶体管@@@@@@，是@@由@@@@BJT（双极@@型@@晶体管@@@@）和@@MOSFET组成的@@复合功率@@半导体器件@@@@，兼具@@BJT的@@高耐压@@和@@@@MOSFET高输入阻抗优点@@，被行业称为@@新能源@@汽车@@@@的@@@@CPU，是@@新能源@@汽车@@@@的@@核心@@，直接控制@@了驱动@@@@系统@@直流@@@@、交流@@电的@@转换@@@@，决定了新能源@@汽车@@@@最大输出功率@@和@@扭矩等@@核心数据@@。

电动@@汽车@@@@的@@核心在@@于高压@@@@（200-450V DC）电池及@@其@@@@相关@@的@@充电@@系统@@@@。纯电动@@汽车@@@@主电机@@驱动@@@@@@一般要@@求功率@@器件@@@@的@@驱动@@@@功率@@在@@@@20-150kW，平均功率@@约在@@@@70kW。由@@于@@较高的@@驱动@@@@功率@@@@、电压@@以@@及@@@@高能耗敏感度@@，电动@@车厂往往会采用@@导通@@压降小@@@@、工作电压@@高的@@@@IGBT模块@@。

可见@@，相较硅@@基@@@@@@MOSFET而@@言@@@@，IGBT 更适合高压@@工作@@，两者形成互补@@。

在@@电力驱动@@@@系统@@中@@@@，IGBT用于逆变器@@模块@@@@，将@@蓄电池的@@直流@@电转换@@为@@交流@@电以@@驱动@@@@电机@@@@；电源@@@@系统@@中@@@@，IGBT用于各种交流@@@@-直流@@与@@直流@@@@-直流@@变换器@@中@@@@，实现@@为@@蓄电池充电@@与@@完成所需电压@@等@@级@@@@的@@电源@@@@变换等@@功能@@@@；此外@@，汽车@@充电@@桩@@也需要@@@@IGBT逆变功率@@模块@@将@@直流@@电逆变为@@交流@@电@@，然后通过@@变压耦合及@@蒸馏单@@元将@@其@@转为@@不同@@规格的@@电流@@电压@@@@，以@@实现@@对@@电动@@车的@@充电@@@@。

市场竞争格局方面@@，目前@@IGBT主要@@由@@欧洲和@@日本大厂主导@@，前五大厂商市占率超过@@@@60%。据民生证券统计@@，目前@@英飞凌@@市占率为@@@@32.7%，是@@IGBT领域@@的@@绝对@@巨头@@。

在@@应用@@方案@@中@@@@，英飞凌@@推出@@汽车@@@@IGBT模块@@FS820R08A6P2B，具有@@匹配发射极控制@@二极管@@@@@@，符合@@汽车@@应用@@要@@求@@。

Infineon Technologies 750V HybridPACK™驱动@@@@模块@@@@

据介绍@@，Infineon 750V HybridPACK™驱动@@@@模块@@@@是@@一个@@超紧凑电源@@@@模块@@@@，优化用于@@混合动@@力和@@电动@@汽车@@@@主逆变器@@应用@@@@ (xEV)。该系列@@产品@@@@提供@@基@@千@@6种不同@@封装@@的@@@@多个@@版本@@，从@@而@@实现@@了电压@@及@@功率@@等@@级@@拓展性的@@最大化@@，涵盖了@@200A-900A以@@及@@@@400V-1200V(芯@@片@@额定值@@@@)功率@@范围@@。DSC不仅提供@@了充分的@@拓展可能性@@，更将@@效率提升@@@@25%。

英飞凌@@在@@不同@@电压@@电流@@级@@别提供@@了不一样@@的@@产品@@组合@@@@，包括@@裸芯@@片@@@@、单@@管@@@@、功率@@模块@@和@@组件等@@@@，提供@@了多种@@IGBT产品@@系列@@@@。引@@线@@型@@@@FS820R08A6P2B (820A/750V) 是@@一款@@@@六单@@元@@@@模块@@@@，优化用于@@150kW逆变器@@。该电源@@@@模块@@采用@@@@EDT2 IGBT芯@@片@@生成技术@@@@，这是@@@@一款@@@@汽车@@@@Micro-Pattern Trench-Field-Stop电池设计@@。该芯@@片@@组具有@@基@@准电流@@密度@@，还有卓越的@@短路@@耐受性以@@及@@@@增强的@@电压@@阻断性能@@@@，可确保@@逆变器@@在@@恶劣的@@环境条件下@@仍能可靠运行@@。EDT2 IGBT还具有@@出色的@@@@轻负载功率@@损耗@@@@，有助于显著提高@@系统@@在@@实际@@周期内的@@效率@@。该芯@@片@@组优化用于@@@@10kHz范围内的@@开关频率@@@@@@。

从@@价值量来看@@，IGBT约占新能源@@汽车@@@@电控系统@@成本的@@@@37%，是@@电控系统@@中@@最核心的@@电子@@器件@@之一@@，且电动@@化程度越高@@，IGBT 在@@车中@@所占比@@例越高@@。预计@@到@@@@2025年@@全球@@@@新能源@@汽车@@@@@@IGBT规模接近@@40亿美元@@，5年@@CAGR高达@@39.4%，市场空间巨大@@。

从@@当@@前@@市场来看@@，由@@于@@新能源@@汽车@@@@需求端的@@爆发与@@供给端扩产周期的@@错配@@，导致目前@@整个@@汽车@@@@IGBT都处于严重供不用求的@@状态@@。

早在@@@@2022年@@，业内就@@传出安森美@@深圳工厂@@2023年@@产能已全部售罄@@，为@@了防止交不上@@货的@@风险@@，公司@@已停止接受新的@@@@IGBT订单@@@@。这一举动@@足以@@说明当@@下@@车规@@IGBT行情的@@火热@@@@。有供应链厂商表@@示@@，目前@@车规@@IGBT的@@供需缺口在@@@@2023年@@看不到@@任何缓解的@@迹象@@。

硅@@基@@@@器件@@受限@@，SiC功率@@器件@@@@突围@@

长期以@@来@@，车规级@@@@功率@@半导体主要@@采用@@硅@@基@@@@材料@@，但@@受自身性能@@极限限制@@，硅@@基@@@@器件@@的@@功率@@密度@@难以@@进一步提高@@@@，硅@@基@@@@材料在@@高开关频率@@@@及@@高压@@下@@损耗@@大幅提升@@@@。

对@@此@@，以@@SiC（碳化硅@@@@）与@@GaN（氮化镓@@）为@@代@@表@@的@@第三代@@@@宽禁带半导体材料逐渐兴起@@，适用于@@大功率@@@@@@、高频@@率与@@恶劣的@@工作环境@@，解决硅@@基@@@@器件@@痛点@@。

其@@中@@@@，SiC作为@@@@新一代@@宽禁带半导体材料@@，具有@@大禁带宽度@@、高击穿电场@@、高饱和@@电子@@漂移速度@@、高热@@导率@@、高抗辐射等@@特点@@，适合制造高温@@、高压@@、高频@@、大功率@@@@的@@器件@@@@@@。因此@@，业内对@@@@SiC功率@@元器件@@在@@电动@@汽车@@@@上@@的@@应用@@@@寄予厚望@@。

在@@应用@@场景方面@@，SiC功率@@器件@@@@主要@@用于@@电驱@@、OBC和@@DC/DC转换@@等@@领域@@@@，能够显著降低@@电力电子@@系统@@的@@体积@@@@@@、重量和@@成本@@，提高@@功率@@密度@@。微型@@轻量化的@@@@SiC器件@@还可以@@减少因车辆本身重量而@@导致的@@能耗@@。

以@@主驱逆变@@器中@@的@@@@应用@@@@为@@例@@@@，碳化硅@@@@MOSFET相比@@@@Si-IGBT具有@@哪些优势呢@@？

- 碳化硅@@@@MOSFET相比@@@@硅@@基@@@@@@IGBT功率@@转换@@@@效率更高@@，电动@@汽车@@@@续航距离可延长@@5- 10%，即@@在@@同样续航里程的@@情况下@@可削减电池容量@@，降低@@电池成本@@；

- 碳化硅@@@@MOSFET的@@高频@@特性@@可使逆变器@@线@@圈@@、电容@@小@@型@@@@化@@@@，电驱尺寸@@可大幅减少@@，可听噪声的@@降低@@能减少电机@@铁损@@；

- 碳化硅@@@@MOSFET可承受更高电压@@@@@@，在@@电机@@功率@@相同的@@@@情况下@@可以@@通过@@提升@@电压@@来降低@@电流@@强度@@，从@@而@@使得束线@@轻量化@@，节省@@安装空间@@。

图@@源@@@@：天风证@@

虽然@@当@@前@@碳化硅@@@@器件@@单@@车价格高于@@Si-IGBT，但@@上@@述优势可降低@@整车系统@@成本@@。2018年@@特斯拉在@@@@Model3中@@首次将@@@@Si IGBT替换为@@@@SiC器件@@，使得汽车@@逆变器@@效率大幅提升@@@@。凭借优良特性@@@@，SiC功率@@器件@@@@正在@@受到@@各大车厂的@@追捧@@，目前@@全球@@有超过@@@@20家车企开始使用@@@@SiC功率@@器件@@@@。

对@@此@@，行业领先企业@@Wolfspeed扩展@@AEC-Q101车规级@@@@SiC MOSFET推出@@650V E3M系列@@产品@@@@。

据介绍@@，Wolfspeed新款@@车规级@@@@@@E3M 650V、60mΩ MOSFET系列@@帮助设计人员满足@@EV车载@@充电@@机@@@@应用@@和@@高压@@@@DC/DC转换@@器@@。采用@@Wolfspeed第三代@@@@ SiC MOSFET技术@@，E3M0060065D与@@E3M0060065K的@@特色为@@高温导通@@电阻@@@@低@@@@、可高速开关且电容@@小@@@@、体二极管@@@@反向@@恢复@@特性@@好@@、最大结@@温@@高达@@@@175°C。

与@@市场上@@现有的@@@@ 650V SiC MOSFET相比@@@@，Wolfspeed E3M 650V SiC MOSFET 技术@@能让系统@@因损耗@@更低@@而@@在@@运行时@@温度更低@@@@，从@@而@@在@@终端应用@@中@@@@@@显著提高@@效@@率@@@@。更低@@的@@损耗@@同时@@@@使得器件@@温度下@@降@@，可降低@@系统@@级@@热@@管@@理成本并提高@@系统@@级@@功率@@密度@@。

800V高压@@超充时@@代@@@@，SiC器件@@加速渗透@@

与@@此同时@@@@@@，随着@@消费者对@@于@@充电@@效率和@@时@@间的@@敏感@@，更长的@@续航里程是@@客户的@@主要@@需求之一@@，行业厂商纷纷在@@积极推进电动@@汽车@@@@高压@@化进程@@，绝大多数@@主流车型@@目前@@将@@@@800V列为@@首选@@，预计@@到@@@@2025年@@整个@@@@800V+SiC方案@@渗透率将@@超过@@@@15%。

与@@之对@@应的@@是@@@@，如@@果电动@@汽车@@@@升级@@至@@@@800V电压@@架构@@，则@@需要@@配套升级@@至@@@@1200V碳化硅@@@@MOSFET器件@@。

对@@此@@，安森美@@半导体去年@@推出@@的@@@@ NTBG014N120M3P碳化硅@@@@MOSFET是@@其@@@@1200V M3P平面@@SiC MOSFET系列@@的@@@@一部分@@@@。

据了解@@@@，安森美@@MOSFET优化用于@@电源@@@@应用@@@@，该平面@@技术@@可在@@栅@@极@@处于负栅@@极@@电压@@驱动@@@@和@@关断@@尖峰状态下@@可靠工作@@，该系列@@由@@@@18V栅@@极@@驱动@@@@@@时@@可提供@@最佳性能@@@@，但@@也可与@@@@15V栅@@极@@驱动@@@@@@配合使用@@@@。适用于@@电动@@汽车@@@@充电@@站@@，凭借耐高压@@@@、耐高温和@@高频@@等@@优越的@@物理特性@@@@，碳化硅@@@@ MOSFET 有望在@@新能源@@汽车@@@@@@@@800V 高压@@超充时@@代@@@@替代@@硅@@基@@@@@@IGBT。

NTBG014N120M3P应用@@电路@@@@

近日@@，安森美@@又推出@@最新一代@@@@@@1200V EliteSiC 碳化硅@@@@M3S器件@@，助力电力电子@@工程师实现@@更出色的@@@@能效和@@更低@@系统@@成本@@。全新@@产品@@系列@@@@包括@@有@@助于提高@@开关速度的@@@@EliteSiC MOSFET和@@模块@@@@，以@@适配越来越多的@@@@800V电动@@汽车@@@@车载@@@@OBC和@@电动@@汽车@@@@直流@@快充@@、太阳能方案@@以@@及@@@@能源@@储@@存等@@能源@@基@@础设施@@应用@@@@。

该产品@@组合@@还包括@@采用@@半桥@@功率@@集@@成模块@@@@（PIMs）的@@新型@@@@@@EliteSiC M3S器件@@，具有@@领先业界的@@超低@@@@Rds（on），采用@@标准@@@@F2封装@@，旨在@@提供@@高功率@@密度@@，适用于@@能源@@基@@础设施@@@@、电动@@汽车@@@@直流@@快速充电@@和@@不间断电源@@@@@@@@。车规级@@@@1200V EliteSiC MOSFET专用于高达@@@@22kW的@@大功率@@@@@@OBC和@@高压@@至@@低@@压的@@@@DC-DC转换@@器@@。M3S技术@@专为@@@@高速开关应用@@而@@开发@@，具有@@领先同类产品@@的@@开关损耗@@@@品质因数@@。

目前@@，安森美@@的@@半导体产品@@应用@@在@@汽车@@中@@的@@@@多个@@领域@@@@，包括@@车载@@充电@@器@@@@、高压@@负载电池管@@理@@、DC-DC转换@@器@@、高压@@动@@力总成@@、主驱逆变@@、48V皮带传动@@起动@@机@@-发电机@@@@(BSG)、ADAS、信息娱乐@@、车门@@、座@@椅控制@@等@@@@。

在@@800V电压@@平台下@@@@，SiC功率@@器件@@@@凭借上@@述特点和@@优势@@，正在@@成为@@电动@@汽车@@@@性能@@致胜的@@一大依赖技术@@@@，SiC芯@@片@@供应商正成为@@车企争相绑定的@@@@“宠儿@@”。

从@@整体市场布局看@@，目前@@碳化硅@@@@器件@@尤其@@是@@@@车用碳化硅@@@@功率@@器件@@@@市场主要@@由@@海外大厂掌控@@，包括@@意法半导体@@、英飞凌@@、Wolfspeed、罗姆及@@安森美@@等@@头部@@IDM厂商深耕车用市场多年@@@@，跨足上@@游材料到@@加工器件@@等@@@@产业链各环节@@，并且@@与@@各车企及@@@@Tier1厂商及@@车企合作紧密@@，市场优势明显@@@@。

根据@@产业链调研数据@@，预计@@SiC市场规模未来@@几年@@快速提升@@@@，2025年@@全球@@@@新能源@@汽车@@@@@@用@@SiC功率@@器件@@@@规模达@@37.9亿美元@@，5年@@CAGR为@@64.5%；国内市场预计@@达@@21亿美元@@，5年@@CAGR为@@72.6%，中@@国将@@成为@@全球@@新能源@@汽车@@@@@@SiC器件@@主要@@市场@@。

然而@@@@，本土巨大的@@市场空间当@@前@@主要@@由@@海外厂商掌控@@，国内碳化硅@@@@产业仍处于起步阶段@@，与@@国际水平仍存在@@差距@@。其@@中@@@@，衬底@@环节国产厂商包括@@山东天岳@@、天科合达等@@@@，外延厂商包括@@瀚天天成@@、东莞天域等@@@@，设计厂商包括@@上@@海瞻芯@@电子@@@@、上@@海瀚薪等@@@@，IDM厂商包括@@泰科天润@@、中@@科汉韵@@、三安集@@成@@、华润微@@、士兰微等@@@@。

虽然@@国内碳化硅@@@@各环节目前@@已实现@@全产业链布局@@，但@@国产化率仍较低@@@@，未来@@有望伴随内需增长而@@实现@@提升@@@@。

结@@语@@

当@@前@@，随着@@新能源@@汽车@@@@@@产业的@@变革和@@加速爆发@@，车规级@@@@半导体器件@@上@@车结@@构@@正在@@快速发生改变@@。其@@中@@@@，作为@@@@最大的@@增量产品@@@@，功率@@器件@@@@约占每辆车半导体价值量增量的@@@@80%以@@上@@@@，正迎来@@“量价齐升@@”的@@快速发展阶段@@。

在@@这个@@过程中@@@@，汽车@@功率@@器件@@@@也正在@@历经从@@硅@@基@@@@@@MOSFET向@@IGBT以@@及@@@@SiC器件@@的@@变迁@@，以@@材料升级@@引@@领汽车@@功率@@器件@@@@性更新迭代@@@@，进而@@推动@@新能源@@汽车@@@@不断取得新突破@@，让未来@@充满无限可能@@。

上@@文提到@@@@，英飞凌@@的@@@@FS820R08A6P2B是@@一款@@@@六单@@元@@@@IGBT模块@@，优化用于@@150kW逆变器@@。采用@@EDT2 IGBT芯@@片@@生成技术@@@@，使其@@具有@@基@@准电流@@密度@@，还有卓越的@@短路@@耐受性以@@及@@@@增强的@@电压@@阻断性能@@@@，可确保@@逆变器@@在@@恶劣的@@环境条件下@@仍能可靠运行@@。EDT2 IGBT还具有@@出色的@@@@轻负载功率@@损耗@@@@，有助于显著提高@@系统@@在@@实际@@周期内的@@效率@@。

Wolfspeed推出@@650V E3M系列@@车规级@@@@@@SiC MOSFET产品@@E3M0060065D，其@@特色为@@高温导通@@电阻@@@@低@@@@、可高速开关且电容@@小@@@@、体二极管@@@@反向@@恢复@@特性@@好@@、最大结@@温@@高达@@@@175°C，能够帮助设计人员满足@@EV车载@@充电@@机@@@@应用@@和@@高压@@@@DC/DC转换@@器@@。

安森美@@半导体推出@@的@@@@ NTBG014N120M3P是@@其@@@@1200V M3P平面@@SiC MOSFET系列@@的@@@@一部分@@@@，适用于@@电动@@汽车@@@@充电@@站@@，凭借耐高压@@@@、耐高温和@@高频@@等@@优越的@@物理特性@@@@，SiC MOSFET 有望在@@新能源@@汽车@@@@@@@@800V 高压@@超充时@@代@@@@替代@@硅@@基@@@@@@IGBT。

除此之外@@，行业厂商还正在@@陆续推出@@更优化的@@产品@@@@，助力工程师实现@@更出色的@@@@能效和@@更低@@的@@系统@@@@成本@@。

综上@@@@，在@@新能源@@汽车@@@@@@产业的@@带领下@@@@，功率@@器件@@@@市场潜力较大@@，相关@@行业厂商应把握好这一市场机遇和@@时@@间窗口@@。而@@艾睿电子@@作为@@@@行业领先的@@电子@@产品@@及@@相关@@服务的@@供应商@@，上@@游资源@@丰富@@，与@@Infineon、onsemi、ST、Renesas、ROHM、Wolfspeed等@@国际原厂深度合作@@，确保客户拥有一个@@稳健性和@@韧性都很高的@@供应链@@。

(本文章由@@@@SupplyFrame提供@@, 对@@于@@文章中@@@@相关@@的@@分析@@、市场预测等@@信息仅供参考@@, 艾睿电子@@不对@@任何文章内的@@资料因不充分@@、不完整或@@未能提供@@特定资料产生@@的@@任何损失承担任何责任@@。)

本文转载自@@：Arrow Solution微信公众号@@

米勒电容@@@@、米勒效应@@@@和@@器件@@与@@系统@@设计对@@策@@

judy — Fri, 03 Mar 2023 01:27:04 +0000

作者@@：赵佳@@，来源@@@@：英飞凌@@工业@@半导体@@

搞电力电子@@的@@同学想必经常被@@“米勒效应@@@@”这个@@词困扰@@。米勒效应@@@@增加开关延时@@不说@@，还可能引@@起寄生导通@@@@，增加器件@@损耗@@@@。那么@@米勒效应@@@@是@@如@@何产生@@的@@@@，我们又该如@@何应对@@呢@@？

我们先来看@@IGBT开通@@时@@@@的@@典型@@@@@@波形@@：

上@@图@@@@中@@@@，绿色@@的@@波形@@是@@@@GE电压@@，蓝色@@的@@波形@@是@@@@CE电压@@，红色@@的@@波形@@是@@集@@电极@@电流@@@@@@IC。在@@开通@@过程中@@@@，GE的@@电压@@从@@@@-10V开始上@@升@@@@，上@@升@@至@@阈值电压@@@@后@@，IGBT导通@@，开始流过电流@@@@，同时@@@@CE电压@@下@@@@降@@。CE电压@@下@@@@降@@过程中@@@@，门极电压@@不再上@@升@@@@，而@@是@@维持在@@一定的@@电压@@平台上@@@@，称为@@米勒平台@@。在@@这期间@@，CE电压@@完全降至@@@@0V。随后@@GE电压@@继续上@@升@@至@@@@15V，至@@此整个@@开通@@过程完成@@。

IGBT门极电压@@在@@开关过程中@@展现出来的@@平台称为@@米勒平台@@@@。导致米勒平台的@@@@“罪魁祸首@@”是@@IGBT 集@@电极@@-门极之间@@寄生电容@@@@Cgc。由@@于@@半导体设计结@@构@@@@, IGBT内部存在@@各类寄生电容@@@@，如@@下@@@@图@@@@所示@@@@，可分为@@@@栅@@极@@@@-发射极电容@@@@、栅@@极@@-集@@电极@@电容@@和@@集@@电极@@@@-发射极电容@@@@。其@@中@@@@门极与@@集@@电极@@@@（or漏极@@）之间@@的@@电容@@就@@是@@@@米勒电容@@@@@@，又叫转移电容@@@@，即@@下@@图@@@@中@@的@@@@@@C2、C5。

IGBT的@@寄生电容@@@@

在@@IGBT桥式应用@@中@@@@@@，如@@果关断@@没有负压@@，或@@者@@开关速度过快@@，米勒电容@@@@可能会导致寄生导通@@@@。如@@下@@@@图@@@@，两个@@@@IGBT组成一个@@半桥@@@@，上@@下@@管@@交替开通@@关断@@@@，两个@@@@管@@子不允许@@同时@@@@导通@@@@，否则@@不仅会增加系统@@损耗@@@@@@，还可能导致失效@@。当@@下@@管@@@@IGBT开通@@时@@@@，负载电流@@从@@下@@管@@流过@@，CE间电压@@从@@母线@@电压@@@@降至@@饱和@@电压@@@@Vcesat。而@@此时@@@@@@，上@@管@@@@IGBT必须关断@@@@，CE间电压@@从@@饱和@@电压@@跳变到@@母线@@电压@@@@@@。上@@管@@@@电压@@的@@从@@低@@到@@高跳变@@，产生@@很大的@@电压@@变化率@@dv/dt。dv/dt作用在@@上@@管@@@@米勒电容@@@@上@@@@，产生@@位移电流@@@@。位移电流@@经过@@门极电阻@@回到@@地@@，引@@起门极电压@@抬升@@。如@@果门极电压@@高于阈值电压@@@@@@Vth，则@@上@@管@@@@的@@@@IGBT会再次导通@@@@，并流过电流@@@@，增加系统@@损耗@@@@。

怎么判断是@@否发生了寄生导通@@呢@@？

一个@@实验帮助理解和@@观察寄生导通@@@@。在@@双脉冲测试@@平台中@@@@，让上@@管@@@@在@@@@0V和@@-5V的@@关断@@电压@@条件下@@@@，分别作两次测试@@@@，观察下@@管@@的@@开通@@波形@@@@。当@@Vgs=-5V时@@，下@@管@@开通@@电流@@的@@包裹面积@@，明显@@小@@于@@当@@@@Vge=0V时@@的@@电流@@包裹面积@@，充分说明@@，当@@Vge=0V时@@，有额外的@@电流@@参与@@了开通@@过程@@。这个@@电流@@@@，就@@是@@@@来自于上@@管@@@@的@@寄生导通@@@@。

如@@何避免寄生导通@@@@？

从@@器件@@角度看@@，有几个@@重要@@的@@参数@@：

1. 低@@米勒电容@@@@@@ - 米勒电容@@@@越小@@@@，相同的@@@@dv/dt下@@，位移电流@@越小@@@@。这一点@@，英飞凌@@IGBT7和@@CoolSiC™ MOSFET尤其@@出色@@。以@@FP25R12W1T7为@@例@@，它的@@米勒电容@@@@@@Crss仅有@@0.017nF，相比@@@@同电流@@@@IGBT4的@@0.05nF，减少了近@@2/3。

2. 高阈值电压@@@@@@ - 阈值电压@@@@如@@果太低@@@@，米勒效应@@@@感应出的@@寄生电压@@就@@很容易超过@@阈值@@，从@@而@@引@@起寄生导通@@@@。这一条对@@于@@@@IGBT不是@@问题@@，绝大部分@@@@IGBT的@@阈值在@@@@5~6V之间@@，有一定的@@抗寄生导通@@能力@@@@。但@@SiC MOSFET不一样@@，因为@@@@SiC MOSFET沟道@@迁移率比@@较低@@@@，大部分@@SiC MOSFET会把阈值做得比@@较低@@@@（2~4V），这样@@虽然@@可以@@提高@@门极有效过驱动@@@@电压@@@@Vgs-Vth，进而@@降低@@@@SiC MOSFET的@@通态电阻@@@@，但@@是@@@@米勒效应@@@@引@@起的@@门极电压@@抬升就@@很容易超过@@阈值电压@@@@@@，这一现象在@@高温时@@尤其@@明显@@@@，因为@@@@阈值电压@@@@随温度上@@升@@而@@下@@降@@。英飞凌@@CoolSiC™ MOSFET因为@@@@采用@@了沟槽型@@结@@构@@@@，垂直晶面的@@沟道@@迁移率较高@@，所以@@@@可以@@把阈值做得高一点@@，而@@不影响其@@通态压降@@。CoolSiC™ MOSFET阈值电压@@@@典型@@@@值@@@@ 为@@4.5V，再加上@@极低@@的@@米勒电容@@@@@@，从@@而@@具有@@非常强的@@抗寄生导通@@能力@@@@。

从@@驱动@@@@的@@角度看@@：

1. 使用@@负压关断@@@@。如@@果米勒电容@@@@引@@起的@@门极电压@@抬升是@@@@7V，叠加在@@@@-5V的@@关断@@电压@@条件下@@@@，门极实际电压@@为@@@@2V，小@@于@@阈值电压@@@@@@，不会发生寄生导通@@@@。而@@如@@果@@0V关断@@的@@话@@@@，可想而@@知门极实际电压@@就@@是@@@@@@7V，寄生导通@@将@@无法避免@@。一般电流@@越大@@@@，需要@@的@@负压越深@@。

2. 使用@@带米勒钳位@@的@@驱动@@@@芯@@片@@@@@@。米勒钳位@@的@@原理是@@@@，在@@IGBT处于关断@@状态@@（Vg-VEE低@@于@@2V）时@@，直接用一个@@低@@阻通路@@（MOSFET）将@@IGBT的@@门极连接到@@地@@，当@@位移电流@@出现时@@@@，将@@直接通过@@@@MOSFET流到@@地@@，不流过门极电阻@@@@，自然也就@@不会抬升门极电压@@@@，从@@而@@避免了寄生导通@@@@。

带米勒钳位@@的@@驱动@@@@芯@@片@@@@内部框图@@@@

典型@@@@应用@@电路@@@@@@

3. 开通@@与@@关断@@电阻@@分开@@。寄生导通@@发生时@@@@，位移电流@@流过关断@@电阻@@@@，从@@而@@抬升了门极电压@@@@。如@@果减小@@@@关断@@的@@门极电阻@@@@，则@@可以@@降低@@门极感应电压@@@@，从@@而@@减少寄生导通@@的@@风险@@。

总结@@@@

总结@@@@一下@@@@，功率@@器件@@@@中@@的@@@@米勒效应@@@@来自于@@IGBT或@@MOSFET 结@@构@@中@@的@@@@门极@@—集@@电极@@/漏极@@之间@@寄生电容@@@@Cgc 或@@Cgd。米勒电容@@@@可能会引@@起寄生导通@@@@，从@@而@@导致系统@@损耗@@上@@升@@@@。抑制米勒寄生导通@@@@，要@@注@@意选择@@具有@@较低@@米勒电容@@@@@@@@，或@@者@@是@@较高阈值电压@@@@@@的@@器件@@@@@@，驱动@@@@设计上@@可以@@选择@@负压驱动@@@@@@、米勒钳位@@、开通@@及@@关断@@电阻@@分开等@@多种方式@@。

东芝@@推出@@有助于减小@@@@贴装面积的@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@

judy — Tue, 07 Feb 2023 06:21:20 +0000

小@@型@@@@高边和@@低@@边开关@@@@（8通道@@）

东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@（“东芝@@”）宣布推出@@两款@@@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@---“TPD2015FN”和@@“TPD2017FN”，用于可控制@@电机@@@@、螺线@@管@@@@、灯具和@@其@@他应用@@@@（如@@工业@@设备的@@可编程逻辑控制@@器@@）中@@使用@@的@@感性负载的@@驱动@@@@@@。高边开关@@（8通道@@）“TPD2015FN”和@@低@@边开关@@（8通道@@）“TPD2017FN”从@@今日开始出货@@。

新产品@@使用@@东芝@@的@@模拟@@器件@@整合工艺@@@@（BiCD）[1]，实现@@0.4Ω（典型@@@@值@@）的@@导通@@电阻@@@@@@，比@@东芝@@现有产品@@@@@@[2]低@@50%以@@上@@@@。TPD2015FN和@@TPD2017FN均采用@@@@SSOP30封装@@[3]，其@@贴装面积是@@现有产品@@@@[2]所用@@SSOP24[4]封装@@的@@@@71%左右@@，高度是@@@@SSOP24封装@@的@@@@80%，同时@@@@引@@脚间距缩小@@到@@@@0.65mm。这些@@改进有利于缩小@@设计尺寸@@@@。

新产品@@的@@最高工作温度@@@@是@@@@110℃，高于现有产品@@@@[2]的@@85℃，支持@@工作温度@@更高的@@@@应用@@@@@@。此外@@，两款@@新产品@@还内置@@过流@@保护@@和@@过热@@@@保护电路@@@@，有助于提高@@设计的@@可靠性@@。

应用@@：

- 工业@@可编程逻辑控制@@器@@

- 数控机床@@

- 变频器@@／伺服器@@

- IO-Link控制@@设备@@

特性@@：

- 内置@@N沟道@@MOSFET（8通道@@）和@@控制@@电路@@的@@单@@芯@@片@@@@IC

（高边开关@@TPD2015FN具有@@内置@@电荷@@泵@@@@@@。）

- 采用@@小@@型@@@@@@SSOP30封装@@，贴装面积相当@@于@@SSOP24封装@@的@@@@71%左右@@

- 内置@@保护功能@@@@（过热@@@@、过流@@）

- 高工作温度@@@@：Topr（最大值@@）＝110℃

- 低@@导通@@电阻@@@@@@：RDS(ON)＝0.4Ω（典型@@@@值@@）@VIN＝5V，Tj＝25℃，IOUT＝0.5A

主要@@规格@@：

（除非另有说明@@，@Ta＝25℃）

器件@@型@@号@@			TPD2015FN	TPD2017FN
封装@@			SSOP30
绝对@@最大@@额定值@@@@	供电电压@@@@VDD（V）		-0.3至@@40.0	-0.3至@@6.0
	输入电压@@@@VIN（V）		-0.3至@@6.0
	VDDx－OUTx耐压@@VDSS（V）		50.0	–
	输出耐压@@@@VOUT（V）		–	50.0
	输出电流@@@@IOUT（A）		内部限制@@
	功率@@耗散@@PD（W）		1.8
	工作温度@@Topr（℃）		-40至@@110
	结@@温@@Tj（℃）		150
	储@@存温度@@Tstg（℃）		-55至@@150
工作范围@@	工作供电电压@@@@@@VDD(opr)（V）	@Tj＝25℃	8至@@40	2.7至@@5.5
电气@@特性@@@@	导通@@电阻@@@@RDS(ON)典型@@@@值@@（Ω）	@VDD＝12V（TPD2015FN）／5V（TPD2017FN）， VIN＝5V， IOUT＝0.5A，Tj＝25℃	0.40
输出数量@@@@			8
保护功能@@			热@@关断@@@@
			过流@@保护@@
库存查询与@@购买@@			在@@线@@购买@@	在@@线@@购买@@

注@@：

[1] 双极@@CMOS-DMOS

[2] 东芝@@现有产品@@@@：TPD2005F和@@TPD2007F
[3] SSOP30封装@@：9.7mm×7.6mm×1.2mm（典型@@@@值@@）
[4] SSOP24封装@@：13.0mm×8.0mm×1.5mm（典型@@@@值@@）

如@@需了解@@@@相关@@新产品@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

TPD2015FN

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/optoelectronics/detail.TPD2015FN.html

TPD2017FN

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/optoelectronics/detail.TPD2017FN.html

如@@需了解@@@@TPD2017FN的@@应用@@@@信息@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

TPD2017FN应用@@说明@@

https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did＝143320

如@@需了解@@@@相关@@新产品@@在@@线@@分销商网@@站的@@供货情况@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

TPD2015FN

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/where-to-buy/stockcheck.TPD2015FN.html

TPD2017FN

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/where-to-buy/stockcheck.TPD2017FN.html

*本文提及@@的@@公司@@名称@@@@、产品@@名称@@和@@服务名称@@可能是@@其@@@@各自公司@@的@@商标@@。

*本文档中@@的@@@@产品@@价格和@@规格@@、服务内容和@@联系方式等@@信息@@，在@@公告之日仍为@@最新信息@@，但@@如@@有变更@@，恕不另行通知@@。

关于@@东芝@@电子@@@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@

公司@@23,100名员工遍布世界各地@@，致力于实现@@产品@@价值的@@最大化@@，东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@十分注@@重与@@客户的@@密切协作@@，旨在@@促进价值共创@@，共同开拓新市场@@，公司@@现已拥有超过@@@@7,110亿日元@@（62亿美元@@）的@@年@@销售额@@，期待为@@世界各地的@@人们建设更美好的@@未来@@并做出贡献@@。

如@@需了解@@@@有关东芝@@电子@@@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：https://toshiba-semicon-storage.com

瑞萨@@电子@@@@推出@@全新@@汽车@@级@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@

judy — Tue, 17 Jan 2023 03:15:13 +0000

新型@@@@智能@@功率@@@@器件@@@@带来@@40%的@@尺寸@@缩减@@

全球@@半导体解决方案@@@@供应商瑞萨@@电子@@@@@@（TSE：6723）今日宣布@@，推出@@一款@@全新@@汽车@@级@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@（IPD），该器件@@可安全@@@@、灵活地控制@@车辆内的@@配电@@，满足新一代@@@@E/E（电气@@/电子@@）架构的@@要@@求@@。新型@@@@RAJ2810024H12HPD采用@@小@@型@@@@@@TO-252-7封装@@，与@@传统的@@@@TO-263封装@@产品@@@@相比@@@@@@，安装面积减少约@@40%。此外@@，新器件@@的@@先进电流@@检测功能可实现@@对@@过流@@等@@异常电流@@的@@高精度检测@@。由@@于@@全新@@@@IPD即@@使在@@低@@负载时@@也能检测异常电流@@@@，因而@@@@允许@@工程师设计高度安全@@和@@精确的@@电源@@@@控制@@系统@@@@，甚至@@可以@@检测到@@最细微的@@异常情况@@。

瑞萨@@电子@@@@汽车@@模拟@@应用@@特定业务部副总裁大道昭表@@示@@：“推出@@采用@@瑞萨@@全新@@功率@@@@MOSFET工艺@@的@@新一代@@汽车@@@@IPD，我们感到@@非常兴奋@@。瑞萨@@将@@继续致力于@@IPD的@@开发@@，提升@@电源@@@@系统@@的@@安全@@性和@@可靠性@@，并与@@我们的@@微控制@@器一起构建系统@@级@@解决方案@@@@@@，推动@@用户的@@系统@@@@开发@@。”

随着@@E/E架构不断发展@@，全新@@IPD的@@推出@@@@满足了日益增长的@@市场需求@@。在@@传统的@@分布式@@E/E架构中@@@@，来自电池的@@电能通过@@机械继电器和@@熔断器组成的@@电箱@@，经由@@长而@@粗的@@线@@束分配给各个@@电子@@控制@@单@@元@@（ECU）。与@@机械继电器相比@@@@@@，IPD的@@寿命@@更长且免于维护@@，因而@@@@可放置在@@车辆的@@任何位置@@。随着@@汽车@@行业向@@集@@中@@式或@@分区式@@E/E架构演进@@，IPD由@@于@@采用@@更短@@、更细的@@线@@束@@，正成为@@构建高效@@@@、灵活电源@@@@网@@络的@@理想选择@@@@。因此@@，瑞萨@@的@@@@IPD器件@@特别为@@配电控制@@打造了一款@@更有效@@、更安全@@@@、更小@@巧的@@解决方案@@@@@@。

全新@@IPD（RAJ2810024H12HPD）的@@关键@@特性@@@@

单@@通道@@高端@@IPD

小@@型@@@@TO-252-7封装@@（6.10mm x 6.50mm：不包括@@引@@脚@@）

25°C时@@低@@导通@@电阻@@@@@@@@（Ron）为@@2.3mΩ（典型@@@@值@@）

在@@低@@负载情况下@@实现@@高精度电流@@检测@@

内置@@电荷@@泵@@@@

负载电流@@感测的@@自诊断反馈@@

负载短路@@@@、过热@@@@检测@@、感测电流@@输出@@，和@@GND开路保护等@@保护功能@@@@@@

支持@@3.3V/5V逻辑接口@@

低@@待机电流@@@@

具有@@自启动@@功能的@@电池反接保护@@

符合@@AEC-Q100和@@RoHS汽车@@标准@@@@

“电子@@保险丝配电箱@@”解决方案@@@@

瑞萨@@基@@于@@现有@@IPD器件@@推出@@@@“电子@@保险丝配电箱@@”解决方案@@@@。利用@@小@@型@@@@@@IPD取代@@电箱中@@的@@@@传统保险丝@@，并将@@保险丝特性@@编程至@@微控制@@器中@@@@。开发人员可优化线@@束@@，并通过@@@@电流@@监测提高@@可靠性@@@@。该解决方案@@@@是@@瑞萨@@@@“成功产品@@组合@@@@”的@@一部分@@。瑞萨@@“成功产品@@组合@@@@”将@@相互兼容@@的@@瑞萨@@器件@@优化并组合@@，实现@@无缝协作@@，以@@降低@@用户设计风险并缩短上@@市时@@间@@。瑞萨@@现已基@@于@@其@@产品@@阵容中@@的@@@@各类产品@@@@，推出@@超过@@@@300款@@“成功产品@@组合@@@@”。更多信息@@，请访问@@：https://www.renesas.com/win。

供货信息@@

RAJ2810024H12HPD现已可提供@@样片@@，并计划于@@2024年@@一季度量产@@。有关该新产品@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@：https://www.renesas.com/products/automotive-products/automotive-power-devices/automotive-protected-and-intelligent-power-devices。

关于@@瑞萨@@电子@@@@@@

瑞萨@@电子@@@@（TSE: 6723），科技让生活更轻松@@，致力于打造更安全@@@@@@、更智能@@@@、可持续发展的@@未来@@@@。作为@@@@全球@@微控制@@器供应商@@，瑞萨@@电子@@@@融合了在@@嵌入式处理@@、模拟@@、电源@@@@及@@连接方面的@@专业知识@@，提供@@完整的@@半导体解决方案@@@@@@。成功产品@@组合@@@@加速汽车@@@@、工业@@、基@@础设施@@及@@物联网@@@@应用@@上@@市@@，赋能数十亿联网@@智能@@设备改善人们的@@工作和@@生活方式@@。更多信息@@，敬请访问@@@@renesas.com。关注@@瑞萨@@电子@@@@@@微信公众号@@，发现更多精彩内容@@。

充电@@与@@换电@@，两种电动@@汽车@@@@补能方式发展情况漫谈@@

judy — Thu, 12 Jan 2023 02:43:00 +0000

根据@@2022中@@国电动@@汽车@@@@百人会论坛发布的@@@@《中@@国新能源@@汽车@@@@市场洞察报告@@2021》，“充电@@时@@间过长@@”和@@“充电@@不方便@@”两大因素依然是@@消费者使用@@新能源@@汽车@@@@时@@的@@痛点@@。并且@@，报告指出@@，越是@@频繁驾驶新能源@@汽车@@@@出行的@@消费者@@，对@@于@@快速充电@@桩@@的@@依赖度越高@@。

发展至@@今@@，充电@@问题或@@者@@说@@是@@补能问题已经是@@新能源@@汽车@@@@领域@@里一个@@老生常谈的@@问题@@。然而@@@@随着@@政策和@@产业布局的@@变化@@，这个@@问题又常有新的@@延伸@@。2022年@@，国内进入新能源@@汽车@@@@换电模式高速发展的@@元年@@@@，换电和@@充电@@在@@新能源@@汽车@@@@@@产业内上@@演着@@“一时@@瑜亮@@”。

充电@@与@@换电@@发展漫谈@@

根据@@中@@国电动@@汽车@@@@充电@@基@@础设施@@促进联盟的@@数据@@，截至@@@@到@@@@2022年@@6月@@，国内换电站数量@@已达@@1,582个@@。能够看出@@，目前@@新能源@@汽车@@@@换电产业正在@@高速地发展@@，除了北汽新能源@@@@、蔚来等@@车企外@@，中@@石化@@、中@@石油和@@宁德时@@代@@等@@都在@@围绕换电概念布局@@“车电分离@@@@”，将@@换电打造成为@@新能源@@汽车@@@@产业的@@新风口@@。

换电之所以@@@@能够高速发展@@，一方面是@@因为@@@@换电使得电动@@汽车@@@@补能和@@传统燃油车更类似@@，另一方面在@@于其@@催生出一种全新@@的@@新能源@@汽车@@@@产业发展模式@@。换电实现@@了对@@大量电池的@@集@@中@@存储@@@@、集@@中@@充电@@@@、统一配送@@，使得车和@@某一块电池并不强相关@@@@，这是@@@@“车电分离@@@@”的@@关键@@。车电分离@@@@能够帮助车主节省@@一大笔购买电池的@@费用@@，也能够打消消费者对@@新能源@@汽车@@@@使用@@若干年@@后换电池费用高昂的@@顾虑@@。

根据@@《节能与@@@@新能源@@汽车@@@@技术@@路线@@图@@@@2.0》里的@@规划@@，2025年@@我国配套换电站的@@需求将@@超过@@@@28,000座@@，以@@2021年@@1192座@@为@@起始点@@，2021年@@-2025年@@期间的@@年@@复合增长率接近@@300%。

图@@1：我国配套换电站发展规模@@（制图@@@@：贸泽电子@@@@）

（资料来源@@@@@@：《节能与@@@@新能源@@汽车@@@@技术@@路线@@图@@@@2.0》）

目前@@，换电可分为@@@@整包换电和@@分箱换电两种方式@@，由@@于@@具备灵活性高的@@优势@@@@，分箱换电更受产业界青睐@@。不过@@，目前@@换电模式整体还存在@@一些产业难题@@。其@@一是@@@@标准@@不统一@@，包括@@电路@@接口@@、电池大小@@@@/重量计和@@紧固件设计等@@@@，由@@于@@标准@@不统一@@，换电模式存在@@明显@@的@@品牌壁垒@@；其@@二是@@@@@@成本高昂@@，目前@@市场上@@的@@换电站普遍不盈利@@，且难盈利@@。

因此@@，虽然@@换电产业发展的@@如@@火如@@荼@@，然而@@@@目前@@新能源@@汽车@@@@主流的@@补能方式还是@@充电@@@@。现阶段@@，汽车@@充电@@桩@@产业发展已经从@@跑马圈地进入精细化经营@@，协同化和@@互通化成为@@充电@@服务平台主要@@的@@发展趋势@@。在@@这种趋势下@@@@，充电@@站开始向@@着@@“万能充@@”的@@模式发展@@，并逐渐淘汰功率@@低@@的@@充电@@桩@@@@。

历经数年@@@@，充电@@桩@@建设已经有了较为@@成熟的@@模式@@，分为@@交流@@电和@@直流@@@@电@@。其@@中@@@@，交流@@充电@@桩@@主要@@布局用于慢充@@，常规充电@@时@@间在@@@@8小@@时@@@@以@@上@@@@@@；直流@@充电@@桩@@主要@@用于@@快充和@@超快充@@，目前@@前沿方案@@已经可以@@实现@@@@15分钟充电@@@@80%。根据@@国家能源@@局的@@规划数据@@，2025年@@我国充电@@桩@@数量@@要@@满足超过@@@@2,000万辆电动@@汽车@@@@的@@充电@@需求@@，车桩配比@@为@@@@2:1。截止到@@@@2022年@@6月@@，我国已经累计建设充电@@桩@@@@392万台@@。

在@@技术@@突破上@@@@，目前@@800V高压@@超充和@@智能@@充电@@桩@@成为@@主要@@的@@发展方向@@@@。800V高压@@超充具有@@短时@@内高速充电@@的@@特点@@，可从@@根本上@@解决纯电车充电@@缓慢@@、充电@@难的@@问题@@，以@@市场在@@售的@@基@@于@@@@800V高压@@SiC平台的@@量产车小@@鹏@@G9为@@例@@，该车充电@@@@5分钟就@@可续航@@200公里@@；智能@@充电@@桩@@则@@在@@人机交互和@@充电@@控制@@方面实现@@了大的@@突破@@，智能@@充电@@桩@@可以@@根据@@充电@@的@@不同@@阶段合理调整充电@@速度@@，不仅保证了充电@@速度@@，而@@且可以@@降低@@超充对@@电池的@@损害@@。

当@@然@@，目前@@充电@@桩@@建设也存在@@自己的@@问题@@，包括@@早期充电@@桩@@功能不全@@、速度慢@@，僵尸桩问题严重@@；新建充电@@桩@@分布不均匀@@，运营管@@理有待提高@@等@@@@。

综上@@@@所述@@，无论是@@充电@@还是@@换电@@，都有自己独特的@@优势@@@@，能够解决消费者心中@@的@@@@部分痛点@@，实现@@新能源@@汽车@@@@产业的@@多元化发展@@。对@@于@@从@@业者而@@言@@@@@@，无论是@@专攻哪种补能方式@@，都离不开@@贸泽电子@@@@所售元器件@@的@@助力@@，通过@@一站式采购的@@方式@@，保障各种创新方案@@顺利落地@@。

让直流@@快充更稳定@@高效@@的@@@@HiPerFET™ 功率@@MOSFET

在@@电动@@汽车@@@@充电@@方案@@里@@，由@@于@@非车载@@充电@@器@@在@@充电@@桩@@内部已经将@@电流@@转换@@为@@直流@@电@@，因此@@可以@@直接为@@电池充电@@@@，无需@@车端再次转换@@@@，也就@@有了更高的@@@@充电@@效率@@。在@@具体实现@@的@@过程中@@@@，低@@导通@@电阻@@@@@@的@@功率@@@@MOSFET是@@直流@@快充的@@首选方案@@@@，相较于@@同类型@@@@的@@硅@@方案@@@@，功率@@MOSFET能够实现@@的@@效率更高@@。

下@@面@@，我们就@@为@@大家推荐一款@@可用于@@打造直流@@快速充电@@桩@@的@@功率@@@@MOSFET，这颗@@元器件@@的@@料号为@@@@IXFP36N60X3，来自制造商@@Littelfuse。

图@@2：IXFP36N60X3（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@官网@@@@）

IXFP36N60X3是@@IXYS IXFxN60X X3级@@HiPerFET™ 功率@@MOSFET中@@的@@@@一款@@@@。该系列@@功率@@@@MOSFET采用@@电荷@@补偿原理和@@专有工艺@@技术@@开发@@，相较于@@同类型@@@@产品@@@@，有着更好的@@品质因数@@（导通@@电阻@@@@x栅@@极@@电荷@@@@）表@@现@@。通过@@低@@导通@@电阻@@@@@@和@@低@@开关损耗@@@@@@，在@@打造直流@@充电@@桩@@等@@相关@@应用@@时@@@@，该系列@@功率@@@@MOSFET能够帮助实现@@更高的@@@@效率@@。同时@@@@，凭借低@@反向@@恢复电荷@@和@@时@@间@@，该体二极管@@@@能够在@@高速开关时@@消除所有剩余能量@@，避免器件@@出现故障@@，进一步提升@@了方案@@的@@效率水平和@@安全@@水平@@。

此外@@，IXYS IXFxN60X X3级@@HiPerFET™ 功率@@MOSFET还提供@@其@@它优异的@@保护能力@@@@，具有@@抗雪崩能力@@@@、出色的@@@@dv/dt性能@@，并可耐受寄生双极@@晶体管@@@@的@@电压@@尖峰和@@意外导通@@引@@起的@@器件@@@@故障@@，进一步提升@@了系统@@的@@安全@@性能@@@@。

图@@3：IXYS IXFxN60X X3级@@HiPerFET™功率@@MOSFET最大瞬态热@@阻@@抗@@

（图@@源@@@@：Littelfuse）

在@@打造方案@@的@@过程中@@@@，IXYS IXFxN60X X3级@@HiPerFET™功率@@MOSFET提供@@通孔@@或@@表@@面贴装@@，更易于安装@@。除了应用@@于@@直流@@充电@@桩@@@@，该系列@@功率@@@@MOSFET还可用于@@@@开关模式和@@谐振模式电源@@@@@@、交流@@和@@直流@@@@电机@@驱动@@@@@@器@@、机器人和@@伺服控制@@等@@应用@@@@。

充电@@和@@换电都可用的@@@@PSR高速方形熔断器@@

实际上@@@@，无论是@@充电@@还是@@换电@@，核心产品@@都是@@电池@@。而@@电池作为@@@@一种活跃的@@电化学品@@，系统@@安全@@防护就@@显得极为@@重要@@@@。在@@充电@@桩@@和@@换电站给电池补充能量的@@过程@@，如@@果出现了过流@@故障@@，不仅容易引@@起电池系统@@发生爆燃事件@@，同时@@@@对@@@@充电@@系统@@也有@@非常大的@@危害@@。

下@@面@@我们为@@大家推荐的@@是@@具有@@@@极强电流@@限制能力@@的@@@@PSR高速方形熔断器@@，其@@中@@@@一款@@器件@@在@@贸泽电子@@@@上@@的@@料号为@@@@PSR032FL1100Z，来自制造商@@Littelfuse。

图@@4：Littelfuse PSR高速方形熔断器@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

Littelfuse PSR高速方形熔断器@@采用@@@@DIN43653刀片式端子@@@@，专为@@@@保护功率@@半导体器件@@而@@设计@@。这些@@保险丝不仅能够提供@@优于同类产品@@的@@电流@@能力@@@@，卓越的@@循环能力@@@@，同时@@@@将@@极强的@@电流@@限制能力@@与@@均衡的@@性能@@水平完美融合@@，以@@满足保护敏感的@@电力电子@@器件@@的@@精确要@@求@@。这些@@保险丝可用于@@保护二极管@@@@@@、三端双向@@可控硅@@@@、IGBT、SCR、MOSFET以@@及@@@@其@@他通常@@用于功率@@转换@@@@和@@功率@@调节设备的@@固态器件@@@@。

图@@5：峰值电流@@通过@@曲线@@@@@@（72型@@尺寸@@@@）（图@@源@@@@：Littelfuse）

Littelfuse PSR高速方形熔断器@@产品@@系列@@@@中@@的@@@@所有熔断器均标配直观的@@保险丝熔断指示@@，并可选配外部指示微动@@开关@@。这些@@熔断器除了可用于@@电动@@汽车@@@@充电@@站和@@电池保护应用@@@@（储@@能系统@@@@），还可用于@@@@加热@@器@@和@@电源@@@@@@，以@@及@@@@功率@@转换@@@@器件@@@@（UPS、逆变器@@、整流器@@、驱动@@@@器@@）等@@。

可用于@@EV充电@@的@@增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@@@

目前@@，EV充电@@在@@不断地追求效率@@，希望纯电动@@汽车@@@@补能的@@体验能够和@@传统燃油车媲美@@。从@@最新发布的@@前沿车型@@能够看到@@@@，已经有车型@@能够实现@@@@15分钟从@@@@10%电量补充到@@@@80%。当@@然@@，高效@@的@@充电@@桩@@在@@电路@@设计上@@就@@会更加复杂@@，需要@@更高效@@可靠的@@栅@@极@@@@驱动@@@@@@器@@@@。一款@@合适的@@驱动@@@@器@@芯@@片@@能够让系统@@设计事半功倍@@@@。

下@@面@@我们为@@大家推荐的@@是@@一款@@@@具有@@多种保护特性@@@@，并可用于@@@@EV充电@@的@@增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@@@IC，来自制造商@@英飞凌@@@@，该器件@@的@@料号为@@@@1ED3322MC12NXUMA1。大家可以@@通过@@该器件@@的@@详情@@@@，了解@@整个@@英飞凌@@@@EiceDRIVER™增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC系列@@。

图@@6：英飞凌@@EiceDRIVER™增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

英飞凌@@EiceDRIVER™增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC用于驱动@@@@@@MOSFET、IGBT、碳化硅@@@@MOSFET以@@及@@@@氮化镓@@@@HEMT。这些@@驱动@@@@器@@芯@@片@@具有@@出色的@@@@保护性能@@@@，提供@@DESAT、米勒钳位@@、MOSFET软关闭@@、IGBT和@@SiC MOSFET等@@保护特性@@@@，并且@@都支持@@短路@@钳位和@@有源@@@@关断@@@@。借助@@米勒钳位@@和@@精确短路@@保护@@ (DESAT)，可在@@驱动@@@@@@CoolSiC™SiC MOSFET和@@TRENCHSTOP™IGBT7时@@避免寄生导通@@和@@短路@@@@，从@@而@@实现@@出色的@@@@应用@@@@安全@@性@@。

在@@产品@@选择@@上@@@@，英飞凌@@EiceDRIVER™ 增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC提供@@X3模拟@@系列@@@@ (1ED34xx) 和@@X3数字系列@@栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC可供选择@@@@。这些@@单@@通道@@和@@双通道@@栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC具有@@9A输出电流@@@@和@@@@40Vmax输出电压@@@@，采用@@节省@@空间的@@@@DS0-16小@@间距宽体封装@@@@，爬电距离@@为@@@@8mm。

在@@方案@@设计上@@@@，1ED34xx提供@@电阻@@器可配置性@@@@，1ED38xx提供@@I2C可配置性@@，在@@设计导入过程中@@具有@@极高灵活性@@，不仅可以@@用于@@EV充电@@，还可用于@@@@1,500VDC太阳能逆变器@@@@应用@@@@，以@@及@@@@UPS、工业@@驱动@@@@器@@@@、焊接设备@@、服务器和@@电信系统@@用电源@@@@等@@其@@他应用@@@@。

充电@@为@@主@@、换电为@@辅的@@核心旋律@@

换电模式的@@理想形态是@@电池设备运营商的@@角色就@@像金融体系中@@的@@@@银行一样@@，货币@@（电池包@@）的@@属性是@@相同的@@@@@@，因而@@@@目前@@广泛运营的@@换电运营商需要@@在@@电池模块@@标准@@化方面形成统一@@，包括@@具体的@@尺寸@@和@@接口@@，当@@然@@这需要@@很长的@@产业化路程@@。目前@@，新能源@@汽车@@@@补能方式还是@@以@@充电@@为@@主@@@@、换电等@@为@@辅@@。

对@@于@@广大工程师朋友而@@言@@@@@@，无论是@@从@@事充电@@还是@@换电方案@@研发和@@量产@@，在@@贸泽电子@@@@官网@@@@@@，总能找到@@适合你的@@元器件@@@@，打造出色的@@@@解决方案@@@@@@。

相关@@技术@@资源@@@@

Littelfuse IXYS IXFxN60X X3级@@HiPerFET™ 功率@@MOSFET，了解@@详情@@@@>>

Littelfuse PSR高速方形熔断器@@，了解@@详情@@@@>>

英飞凌@@ EiceDRIVER™ 增强型@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@IC，了解@@详情@@@@>>

文章来源@@@@@@：贸泽电子@@@@

通过@@转向@@@@1700V SiC MOSFET，无需@@考虑功率@@转换@@@@中@@的@@@@权衡问题@@

judy — Tue, 22 Nov 2022 06:22:04 +0000

作者@@：Xuning Zhang和@@Kevin Speer，Microchip Technology Inc.

高压@@功率@@系统@@设计人员努力满足硅@@@@MOSFET和@@IGBT用户对@@持续创新的@@需求@@。基@@于@@硅@@的@@解决方案@@@@在@@效率和@@可靠性方面通常@@无法兼得@@，也不能@@满足如@@今@@在@@尺寸@@@@、重量和@@成本@@方面极具挑战性的@@要@@求@@。不过@@，随着@@高压@@碳化硅@@@@@@（SiC）MOSFET的@@推出@@@@，设计人员现在@@@@有机会在@@提高@@性能@@的@@同时@@@@@@，应对@@所有其@@他挑战@@。

在@@过去@@20年@@间@@，额定电压@@@@介于@@650V至@@1200V的@@SiC功率@@器件@@@@的@@采用@@率越来越高@@，如@@今@@的@@@@1700V SiC产品@@便是@@在@@@@其@@成功的@@基@@础上@@打造而@@成@@。技术@@的@@进步推动@@终端设备取得了极大的@@发展@@；如@@今@@，随着@@额定电压@@@@为@@@@1700V的@@功率@@器件@@@@的@@推出@@@@@@，SiC技术@@的@@众多优势@@已惠及@@新兴终端设备细分市场@@，包括@@电动@@商用和@@重型@@车辆@@、轻轨牵引@@@@和@@辅助动@@力@@、可再生能源@@以@@及@@@@工业@@传动@@等@@领域@@@@。

设计人员可借助@@适当@@的@@功率@@器件@@@@封装@@和@@栅@@极@@驱动@@@@@@最大程度地发挥@@1700V SiC MOSFET的@@优势@@，这样@@便能在@@最宽的@@功率@@水平内扩大其@@相对@@于@@现有硅@@解决方案@@@@的@@@@优势@@。

低@@功率@@水平下@@的@@优势@@@@
在@@低@@至@@几十至@@几百瓦的@@功率@@下@@工作时@@@@，1700V SiC MOSFET晶体管@@的@@优势@@开始展现@@。SiC技术@@是@@辅助电源@@@@@@（AuxPS）的@@理想解决方案@@@@@@，几乎所有电力电子@@系统@@都使用@@@@AuxPS。如@@果没有@@辅助电源@@@@@@，将@@无法为@@栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@、检测和@@控制@@电路@@或@@冷却风扇供电@@。由@@于@@它提供@@任务关键型@@功能@@，因此@@可靠性是@@@@AuxPS应用@@的@@第一要@@务@@。

1700V SiC MOSFET帮助减轻@@AuxPS故障的@@方法之一是@@@@利用@@其@@高击穿电压@@@@、低@@比@@导通@@电阻@@@@和@@快速开关等@@特性@@@@@@。在@@这些@@特性@@的@@共同加持下@@@@，可极大简化采用@@单@@开关反激拓扑@@@@的@@电路@@设计@@（见图@@@@1）。相比@@@@之下@@@@，基@@于@@硅@@的@@解决方案@@@@则@@面临各种问题@@，包括@@额定电压@@@@对@@于@@该拓扑@@而@@言@@@@过低@@@@（这就@@需要@@使用@@双开关架构@@，导致故障风险加倍@@@@），或@@者@@需要@@牺牲性能@@才能达到@@@@@@额定电压@@@@@@。此外@@，这类解决方案@@@@的@@@@供应商数量@@较少@@，成本也高于@@SiC器件@@。

图@@1. 采用@@宽输入@@单@@开关反激拓扑@@的@@常见辅助电源@@@@@@

1700V SiC MOSFET采用@@单@@开关反激拓扑@@@@，便于当@@今的@@@@低@@功率@@隔离开关电源@@@@@@支持@@多种输入和@@输出要@@求@@。它们能够接受范围较宽的@@高压@@直流@@输入@@（300V至@@1000V）并输出低@@压@@（5V至@@48V）电源@@@@。单@@开关反激拓扑@@不但@@改善了简便性@@，还减少了@@188足彩外围@@app 数量@@并降低@@了相关@@总成本@@。

除了可靠性提高@@@@、控制@@方案@@复杂度降低@@@@、188足彩外围@@app 数减少和@@成本下@@降以@@外@@，利用@@1700V SiC MOSFET的@@AuxPS的@@外形也更加小@@巧@@。SiC MOSFET的@@面积归一化导通@@状态电阻@@也称为@@比@@导通@@电阻@@@@@@（Ron,sp），是@@硅@@@@MOSFET所呈现特性@@的@@一部分@@@@。这意味着小@@型@@@@芯@@片@@可以@@使用@@小@@型@@@@封装@@@@@@，从@@而@@降低@@导通@@损耗@@@@，最终@@使散热@@器的@@尺寸@@减小@@@@@@、费用降低@@@@，甚至@@无需@@使用@@散热@@器@@。SiC MOSFET的@@开关损耗@@@@也较低@@@@，这为@@通过@@增大开关频率@@@@来缩减变压器@@的@@尺寸@@@@、重量和@@成本@@提供@@了一种途径@@。

图@@2给出了@@各种@@SiC器件@@的@@效率@@随输出功率@@提高@@的@@程度@@。凭借当@@今最高效@@的@@器件@@@@@@，系统@@设计人员甚至@@能够实现@@被动@@冷却@@，即@@无需@@散热@@器@@。

图@@2. 多款@@@@SiC器件@@与@@一款@@硅@@高压@@@@MOS器件@@的@@效率@@—输出功率@@曲线@@@@比@@较@@

随着@@功率@@处理能力@@的@@提高@@@@，优势逐渐增多@@
随着@@功率@@处理能力@@的@@提高@@@@，SiC技术@@更快速@@、更高效@@的@@开关性能@@的@@影响@@也在@@增加@@。当@@功率@@范围@@增加至@@几十或@@几百千瓦@@@@（kW）时@@，SiC技术@@有许多应用@@@@。图@@3给出了@@功率@@为@@千瓦@@级@@的@@三相@@@@逆变器@@@@@@（本例中@@为@@@@75 kW）及@@其@@@@拓扑@@@@。它经常应用@@于@@@@EV牵引@@@@、EV充电@@器@@、太阳能逆变器@@@@、UPS和@@电机@@驱动@@@@@@等@@领域@@@@。

图@@3. 上@@述千瓦@@级@@三相@@逆变器@@@@@@（包括@@功能部分和@@拓扑@@@@）的@@关键@@优先级@@依次为@@效率@@、可靠性和@@功率@@密度@@（尺寸@@减小@@@@且重量减轻@@）

图@@4将@@此使用@@@@1700V低@@电感封装@@功率@@模块@@的@@@@@@逆变器@@设计的@@效率与@@替代@@功率@@半导体的@@效率进行了比@@较@@。SiC模块@@在@@@@10 kHz时@@的@@峰值效率可达@@99.4%。即@@使开关频率@@@@变为@@原来的@@三倍@@@@，即@@达到@@@@@@30 kHz，SiC模块@@的@@@@效率仍然高于硅@@@@IGBT。这样@@一来@@，便可以@@替换掉更重@@、更昂贵的@@滤波器@@组件@@，使尺寸@@缩小@@至@@原来的@@三分之一@@@@。

图@@4. 10 kHz和@@30 kHz开关频率@@@@下@@@@SiC解决方案@@@@与@@硅@@@@@@IGBT的@@效率比@@较@@

通常@@，与@@硅@@@@IGBT相比@@@@，MOSFET的@@开关损耗@@@@平均降低@@@@80%，这不但@@有助于转换@@器@@提高@@开关频率@@@@@@，还能替换掉更重@@、更昂贵的@@变压器@@@@，从@@而@@缩小@@尺寸@@@@、减轻重量及@@降低@@成本@@。SiC MOSFET和@@硅@@@@IGBT在@@重载下@@的@@导通@@损耗@@相似@@，但@@考虑所谓的@@@@“轻载@@”条件其@@实@@更加重要@@@@，因为@@@@很多应用@@在@@其@@大部分@@使用@@寿命@@期间都在@@轻载@@条件下@@运行@@@@。处于遮阳结@@构@@下@@或@@阴天时@@的@@太阳能逆变器@@@@@@，无风天气下@@运行@@的@@风力涡轮机转换@@器@@@@，通过@@运输辅助电源@@@@@@（APU）定期开@@/关的@@列车车门@@等@@@@，这些@@均处于轻载@@条件下@@@@。在@@这些@@用例中@@@@，与@@硅@@@@IGBT相比@@@@，SiC MOSFET的@@导通@@更低@@@@，这与@@它们减少的@@开关损耗@@@@相辅相成@@，设计人员可以@@减少甚至@@去除散热@@或@@其@@他热@@管@@理措施@@。

与@@低@@功率@@@@AuxPS应用@@一样@@，凭借在@@这种较高功率@@范围@@内使用@@的@@@@SiC MOSFET，设计人员可通过@@使用@@更简单@@的@@电路@@拓扑@@和@@控制@@方案@@来提高@@可靠性@@@@。而@@这又有助于减少@@188足彩外围@@app 数并降低@@相关@@成本@@。在@@这些@@应用@@中@@@@@@，中@@等@@功率@@电源@@@@转换@@器@@的@@高功率@@传输需求需要@@使用@@通常@@介于@@1000V和@@1300V之间@@的@@较高直流@@总线@@电压@@@@。为@@了最大程度提高@@效@@率@@@@，在@@此@@类高直流@@链路电压@@下@@@@使用@@硅@@晶体管@@的@@设计@@人员过去不得不从@@一些复杂的@@三级@@电路@@架构中@@@@进行选择@@@@。例如@@@@，二极管@@@@中@@性点钳位@@（NPC）电路@@、有源@@@@NPC（ANPC）电路@@和@@@@T型@@电路@@@@。当@@使用@@@@1700V SiC MOSFET时@@，这种情况发生了改变@@，设计人员现在@@@@可以@@使用@@器件@@数减半且控制@@方案@@显著简化的@@两级@@电路@@@@。例如@@@@，之前在@@三级@@电路@@拓扑@@中@@使用@@硅@@@@IGBT的@@系统@@@@，现可在@@更可靠的@@两级@@拓扑@@中@@使用@@一半数量@@@@（或@@更少@@）的@@1700V SiC MOSFET模块@@。

图@@5给出了@@设计人员利用@@@@SiC技术@@大幅减少@@NPC、ANPC和@@T型@@电路@@@@的@@总器件@@数的@@显著程度@@。如@@果完全不考虑在@@每个@@开关位置并联的@@多个@@器件@@的@@好处@@，那么@@IGBT所使用@@的@@各种电路@@架构的@@@@188足彩外围@@app 数将@@达到@@@@@@@@SiC解决方案@@@@的@@@@4至@@6倍@@。随着@@器件@@数的@@大幅减少@@，栅@@极@@驱动@@@@@@器@@的@@数量@@也相应减少@@，这样@@控制@@方案@@便得到@@@@了简化@@。

图@@5. SiC技术@@能够利用@@更简单@@的@@两级@@拓扑@@提高@@效@@率@@和@@功率@@密度@@，同时@@@@增强可靠性@@。这样@@，每相桥臂只需两个@@@@器件@@加上@@两个@@@@驱动@@@@器@@即@@可构成@@75 kW三相@@逆变器@@@@，如@@上@@面的@@@@NPC、ANPC和@@T型@@电路@@@@示例中@@所示@@@@

迈向@@兆瓦级@@应用@@@@
兆瓦级@@应用@@涵盖商用和@@重型@@车辆中@@的@@@@固态变压器@@@@（SST）和@@中@@压直流@@配电系统@@到@@牵引@@@@动@@力单@@元@@（TPU）。其@@他应用@@包括@@中@@央太阳能逆变器@@@@@@、海上@@风能转换@@器@@和@@舰载电源@@@@转换@@系统@@@@。图@@6提供@@了模块@@化多级@@转换@@器@@@@的@@示例@@。

图@@6.模块@@化多级@@转换@@器@@@@

在@@处于此兆瓦级@@功率@@范围@@的@@应用@@@@中@@@@@@，上@@图@@@@给出的@@固态变压器@@转换@@器@@使用@@多级@@串联电源@@@@单@@元满足电压@@要@@求@@。每个@@单@@元可以@@是@@半桥@@单@@元或@@全桥单@@元@@。一些设计人员甚至@@会选择@@三级@@架构@@。使用@@基@@于@@基@@本单@@元的@@模块@@化解决方案@@@@有助于提高@@可扩展@@性@@，同时@@@@最大程度地减少维护工作@@。这些@@单@@元有时@@称为@@电力电子@@构件或@@子模块@@@@，它们配置为@@级@@联@@H桥转换@@器@@或@@模块@@化多级@@转换@@器@@@@@@（MMC）。

为@@了实现@@这些@@单@@元@@，设计人员过去使用@@@@1200V至@@1700V硅@@IGBT。将@@这些@@@@IGBT更换为@@@@1700V SiC MOSFET（单@@元级@@@@）时@@，产生@@的@@效果@@与@@低@@功率@@@@应用@@中@@@@的@@@@描述相同@@：更出色的@@@@功率@@处理能力@@和@@电气@@性能@@@@。1700V SiC MOSFET的@@低@@开关损耗@@@@可提高@@开关频率@@@@@@。每个@@单@@元的@@尺寸@@大幅减小@@@@@@，并且@@1700V的@@高阻断电压@@可减少达到@@@@相同直流@@链路电压@@所需的@@单@@元数@@。最终@@，这不但@@通过@@减少单@@元数提高@@了系统@@可靠性@@，同时@@@@还通过@@使用@@更少的@@有源@@@@开关和@@@@栅@@极@@驱动@@@@@@器@@降低@@了成本@@。例如@@@@，当@@在@@@@10 kV中@@压配电线@@上@@运行的@@固态变压器@@中@@使用@@@@1700V SiC解决方案@@@@时@@@@，与@@使用@@硅@@替代@@方案@@的@@变压器@@相比@@@@@@，串联单@@元数减少了@@30%。

功率@@器件@@@@封装@@和@@适当@@栅@@极@@驱动@@@@@@的@@重要@@性@@
SiC MOSFET能够以@@极高的@@速度进行高功率@@开关@@，因此@@必须减轻由@@此引@@起的@@次级@@效应@@@@，包括@@噪声和@@电磁干扰@@（EMI），以@@及@@@@由@@寄生电感和@@过热@@@@引@@起的@@有限短路@@耐受时@@间和@@过压@@。典型@@@@中@@等@@功率@@电源@@@@转换@@器@@可在@@@@1 μs内关闭@@1000V–1300V总线@@上@@的@@几百安电流@@@@。

Microchip提供@@能够大幅减小@@@@寄生电感的@@@@SiC MOSFET模块@@封装@@选项@@。其@@中@@@@包括@@杂散寄生电感低@@至@@@@2.9纳亨@@（nH）以@@下@@@@的@@半桥@@封装@@@@，这种封装@@可最大程度地提高@@电流@@@@、开关频率@@@@和@@效率@@（见图@@@@7）。这类封装@@还提供@@更高的@@@@功率@@密度@@和@@小@@巧的@@外形@@，并联少量模块@@即@@可构建完整系统@@@@，有助于进一步减小@@@@设备的@@尺寸@@@@。

图@@7. 当@@今的@@@@SiC模块@@为@@设计人员提供@@了多种@@封装@@选项@@，包括@@杂散电感低@@至@@@@2.9 nH以@@下@@@@的@@半桥@@选项@@（如@@上@@所示@@@@）

除了最大程度地减小@@@@封装@@电感和@@优化系统@@布局以@@外@@，设计人员还可使用@@专门设计的@@全新@@栅@@极@@驱动@@@@@@方法来减轻@@SiC MOSFET快速开关引@@起的@@次级@@效应@@@@。与@@传统模拟@@方案@@相比@@@@@@，当@@今的@@@@可配置智能@@快速反应数字栅@@极@@驱动@@@@@@器@@最高可将@@漏极@@@@-源@@极电压@@@@（VDS）过冲降低@@@@80%，开关损耗@@@@降低@@@@50%。此外@@，这类驱动@@@@器@@还能使上@@市时@@间最多缩短@@6个@@月@@@@，并且@@提供@@全新@@的@@增强型@@开关功能@@。

凭借这些@@功能@@，设计人员可探索各种配置并将@@其@@重复用于不同@@的@@@@栅@@极@@@@驱动@@@@@@器@@参数@@，例如@@@@栅@@极@@开关配置文件@@、系统@@关键型@@监视器和@@控制@@器接口设置@@。它们能够快速微调栅@@极@@驱动@@@@@@器@@来支持@@多种不同@@的@@@@应用@@@@@@，而@@无需@@对@@硬件进行任何修改@@，从@@而@@缩短从@@评估到@@生产的@@开发@@时@@间@@。它们还能够根据@@需要@@和@@@@/或@@在@@@@SiC MOSFET性能@@降低@@时@@在@@设计过程中@@更改控制@@参数@@，以@@及@@@@现场更改开关配置文件@@。

当@@今的@@@@SiC MOSFET产品@@也是@@综合@@SiC生态系统@@的@@一部分@@@@，可满足从@@评估一直到@@生产的@@各种需求@@。其@@中@@@@包括@@可定制的@@模块@@选项以@@及@@@@数字栅@@极@@驱动@@@@@@器@@@@，用户只需单@@击鼠标即@@可优化系统@@性能@@及@@缩短上@@市时@@间@@。其@@他生态系统@@@@188足彩外围@@app 包括@@参考模块@@适配器板@@、SP6LI低@@电感功率@@模块@@@@、安装硬件以@@及@@@@热@@敏电阻@@和@@直流@@@@电压@@@@连接器@@，再加上@@可配置软件@@的@@编程工具包@@。配套的@@分立@@式产品@@完善了生态系统@@@@。

众多优势@@
在@@从@@数瓦到@@数兆瓦的@@众多功率@@变换应用@@中@@@@@@，高压@@SiC MOSFET正在@@推动@@设计人员超越硅@@解决方案@@@@的@@@@各种限制@@，从@@而@@推动@@功率@@变换系统@@开发领域@@的@@创新@@。在@@应用@@到@@功率@@转换@@@@器和@@功率@@系统@@时@@@@，它们能够提高@@可靠性@@和@@效率@@，同时@@@@降低@@成本@@、减小@@@@尺寸@@并减轻重量@@。与@@智能@@数字栅@@极@@驱动@@@@@@配合使用@@@@时@@@@，1700V SiC MOSFET可发挥最大价值@@。Microchip提供@@丰富且可靠耐用的@@@@SiC188足彩外围@@app 产品@@组合@@，这些@@产品@@以@@芯@@片@@@@、分立@@188足彩外围@@app 和@@功率@@模块@@以@@及@@@@数字栅@@极@@驱动@@@@@@器@@解决方案@@@@的@@@@形式提供@@@@，让设计人员能够轻松@@、快速且自信地采用@@@@SiC。

不同@@功率@@器件@@@@在@@充电@@桩@@三相@@@@LLC拓扑@@中@@的@@@@应用@@@@探讨@@

judy — Mon, 21 Nov 2022 08:20:18 +0000

作者@@：董洁@@ 张浩@@ 丁勇等@@@@，来源@@@@：英飞凌@@工业@@半导体@@微信公众号@@@@

原文发表@@于@@2022年@@中@@国电力电子@@与@@能量转换@@大会暨中@@国电源@@@@学会第二十五届学术年@@会@@

作者@@简介@@
作者@@简介@@：董洁@@（1992—），女@@，浙大硕士毕业@@，现任英飞凌@@工业@@功率@@控制@@@@事业部高级@@应用@@工程师@@，主要@@从@@事电力电子@@技术@@研究应用@@工作@@。

摘@@ 要@@
近年@@来@@新能源@@汽车@@@@发展迅速@@，对@@充电@@桩@@也提出了高功率@@密度@@、大功率@@@@、高效@@率@@等@@要@@求@@。基@@于@@三相@@@@LLC变换器@@技术@@的@@@@30千瓦@@功率@@模块@@单@@元性能@@更优@@@@，可以@@满足现有的@@市场需求@@。基@@于@@30千瓦@@三相@@@@LLC变换器@@常见的@@母线@@电压@@@@等@@级@@@@@@800V，对@@于@@650V和@@1200V器件@@存在@@两种不同@@的@@@@拓扑@@方案@@@@。文章针对@@@@@@这两类拓扑@@进行参数设计@@，选取三种功率@@器件@@@@方案@@@@：

650V IGBT/ 650V Si MOSFET/1200V SiC MOSFET，参考实际应用@@参数@@，利用@@PLECS平台进行仿真@@分析@@，综合对@@比@@三种功率@@器件@@@@在@@损耗@@@@、结@@温@@、效率和@@成本等@@方面的@@特点与@@差异@@。

1. 三相@@LLC谐振变换器@@@@

随着@@全球@@经济的@@发展@@，运输需求的@@增加@@，传统汽车@@带来的@@能源@@和@@污染问题日益严重@@。碳达峰和@@碳中@@和@@的@@战略目标@@对@@能源@@和@@污染问题提出了更高的@@@@要@@求@@。新能源@@汽车@@@@具有@@能源@@消耗少@@、无环境污染@@、噪声低@@等@@优点@@，成为@@了未来@@汽车@@产业的@@重要@@发展趋势@@，在@@汽车@@市场的@@占有率日益增加@@[1-3]。动@@力电池作为@@@@新能源@@汽车@@@@的@@核心部件@@，占据整车成本约@@30%~40%。动@@力电池的@@补能方式主要@@有换电和@@充电@@@@。在@@充电@@相关@@的@@充电@@桩@@电源@@@@模块@@里多采用@@两级@@结@@构@@@@，第一级@@为@@功率@@因数校正@@（Power Factor Correction, PFC），第二级@@为@@@@DC/DC变换器@@，如@@图@@@@1所示@@[4]。

图@@1.新能源@@汽车@@@@充电@@桩@@基@@本结@@构@@@@

新能源@@汽车@@@@的@@发展@@，对@@充电@@桩@@提出了高功率@@密度@@、大功率@@@@以@@及@@@@高效@@率@@等@@需求@@。LLC谐振变换器@@@@的@@软开关@@特性@@@@可以@@在@@@@全负载范围@@内实现@@原边开关管@@@@的@@零电压@@导通@@@@（Zero-Voltage Switching,ZVS）和@@副边二极管@@@@的@@零电流@@关断@@@@（Zero-Current Switching, ZCS），在@@维持高效@@率@@的@@同时@@@@提高@@工作频率@@@@@@，减小@@@@被动@@@@188足彩外围@@app 体积@@，增加功率@@密度@@[5-7]。交错并联技术@@可以@@在@@@@保证开关管@@@@工作频率@@@@不变的@@前提下@@@@，减小@@@@输入输出电流@@@@的@@纹波@@，从@@而@@减小@@@@滤波电容@@体积@@@@。但@@元器件@@参数差异会导致模块@@间出现不均流现象@@，而@@Y型@@连接的@@三相@@@@@@LLC变换器@@可以@@有效改善相间不均流的@@问题@@[8,9]。并由@@于@@模块@@增加等@@@@，三相@@LLC变换器@@的@@通流能力@@增加@@，实现@@大功率@@@@@@、高功率@@密度的@@目标@@@@。大功率@@@@充电@@桩@@可以@@节省@@充电@@时@@间@@，满足客户的@@使用@@需求@@。因此@@，30千瓦@@充电@@桩@@的@@市场占比@@越来越大@@@@。

图@@2为@@新能源@@汽车@@@@主流的@@@@400V和@@800V锂电池的@@充放电曲线@@@@@@。为@@同时@@@@匹配不同@@电池@@，充电@@模块@@工作范围@@很宽@@：200~1000V。这要@@求三相@@@@LLC谐振变换器@@@@具有@@宽范围调节的@@能力@@@@，文章采用@@变压器@@副边串并联方式进行宽范围调节@@。

图@@2.30kW新能源@@汽车@@@@锂电池充放电曲线@@@@@@

文章基@@于@@@@30kW的@@三相@@@@LLC谐振变换器@@@@，结@@合实际的@@宽范围应用@@需求@@，进行两种拓扑@@原理分析和@@参数设计@@，并通过@@@@PLECS软件@@进行电气@@@@、损耗@@和@@热@@特性@@的@@仿真@@分析@@，重点对@@比@@了三种主流功率@@器件@@@@@@：Si MOSFET(650V/CFD7)、IGBT(650V/H5)和@@SiC MOSFET(1200V)，在@@三相@@@@LLC中@@的@@@@表@@现@@@@。

2. 三相@@LLC谐振变换器@@@@

三相@@LLC谐振变换器@@@@的@@基@@本架构如@@图@@@@@@3所示@@。变压器@@原边由@@三相@@半桥@@和@@谐振腔组成@@，变压器@@副边采用@@二极管@@@@的@@方式实现@@整流功能@@。

图@@3.三相@@LLC谐振变换器@@@@结@@构@@框图@@@@

三相@@LLC变换器@@直流@@母线@@常采用@@@@800V电压@@等@@级@@@@，针对@@@@功率@@器件@@@@的@@电压@@等@@级@@@@存在@@两种解决方案@@@@@@。第一种为@@两个@@@@@@650V器件@@模块@@串联@@，第二种为@@@@1200V器件@@单@@模块@@使用@@@@。由@@于@@电路@@宽范围输出的@@需求@@，三相@@LLC谐振变换器@@@@副边的@@二极管@@@@整流桥需要@@进行串并联切换@@。并联时@@输出电压@@@@为@@单@@模块@@输出电压@@@@@@(200~500V)，串联时@@输出电压@@@@为@@两倍@@单@@模块@@输出电压@@@@@@(500~1000V)。结@@合原边两种器件@@拓扑@@方案@@@@，以@@及@@@@副边的@@整流桥串并联方案@@@@，可以@@得到@@@@@@三相@@@@LLC谐振变换器@@@@的@@两种拓扑@@方案@@@@，如@@图@@@@4和@@图@@@@5所示@@。

图@@4.650V开关管@@@@三相@@@@LLC谐振变换器@@@@

图@@5.1200V开关管@@@@三相@@@@LLC谐振变换器@@@@

其@@中@@@@，Cra、Crb、Crc是@@谐振电容@@@@，值为@@@@Cr；Lra、Lrb、Lrc是@@谐振电感@@，值为@@@@Lr；Lma、Lmb、Lmc是@@励磁电感@@，值为@@@@Lm。图@@4中@@的@@@@Q1~Q12为@@650V开关管@@@@，图@@5中@@的@@@@Q1~Q6为@@1200V开关管@@@@。S1~S3为@@切换整流模块@@串并联状态的@@开关器件@@@@。

3. 三相@@LLC变换器@@设计@@

对@@于@@三相@@@@LLC谐振变换器@@@@，谐振参数的@@设计@@决定了变换器@@的@@增益与@@性能@@@@。

3.1. 基@@于@@FHA的@@LLC基@@本分析@@

基@@波分析法@@（First-Harmonic Approximation, FHA）是@@一种常用的@@分析谐振变换器@@@@的@@方法@@。通过@@基@@波分析法@@可以@@简化电路@@的@@分析过程@@，将@@复杂的@@谐振变换器@@@@简化为@@如@@图@@@@@@6(a)所示@@的@@结@@构@@@@[10]。文章中@@@@，Vin为@@变换器@@输入电压@@@@@@，Vo为@@输出电压@@@@@@，Io为@@输出电流@@@@@@，Ro为@@输出侧负载@@，n为@@变压器@@原副边变比@@@@。

图@@6.基@@波等@@效电路@@@@

其@@中@@@@，vab为@@谐振腔的@@交流@@输入@@，vcd为@@变压器@@副边的@@交流@@输出@@，isr为@@变压器@@副边的@@谐振电流@@@@。在@@等@@效电路@@中@@@@@@，交流@@变量@@vab、vcd和@@isr通过@@泰勒级@@数展开可以@@得到@@@@@@其@@基@@波分量@@：

输出等@@效阻抗@@Ro eq可以@@定义为@@@@：

将@@输出等@@效阻抗@@折算到@@原边@@，如@@图@@@@6(b)所示@@，此时@@@@等@@效阻抗@@Req为@@：

根据@@图@@@@6(b)，此时@@@@电路@@可以@@看作@@Req和@@Lr以@@及@@@@Cr在@@进行分压@@，因此@@可以@@得到@@@@@@电压@@增益的@@表@@达式@@：

其@@中@@@@，质量因数@@：Q=√(Lr/Cr)/Req，电感比@@@@：k=Lm/Lr，谐振频率@@@@：fr=1/(2π√(Lr Cr))，归一化频率@@@@：fn=fs/fr。电压@@增益随归一化频率@@@@的@@变化受参数@@Q和@@k的@@影响@@。

3.2. 谐振参数设计@@

表@@1所示@@是@@三相@@@@LLC变换器@@的@@参数规格@@。

表@@1.三相@@LLC谐振变换器@@@@规格参数@@

3.2.1 650V器件@@谐振参数设计@@@@

650V器件@@的@@电路@@如@@图@@@@@@4所示@@，根据@@谐振点的@@输入输出电压@@@@@@，得到@@@@变压器@@原副边变比@@@@n=11:9。

变换器@@采用@@变母线@@的@@方式@@，输入电压@@@@配合输出进行调制@@。以@@650V器件@@的@@拓扑@@为@@例@@@@，变压器@@副边并联@@，单@@模块@@为@@半母线@@电压@@@@@@，其@@输入输出的@@对@@应关系如@@图@@@@@@7所示@@，此时@@@@最大和@@最小@@的@@电压@@增益为@@@@：

图@@7.变换器@@输入输出电压@@@@对@@应关系@@

文献@@[11]给出了@@参数@@k和@@Q的@@详细设计过程@@。随着@@Q减小@@@@，最高频@@率处的@@电压@@增益增加@@，因此@@要@@确保在@@空载状态下@@@@，最高频@@率处的@@电压@@增益可以@@满足最小@@增益的@@要@@求@@。假设@@Q为@@最小@@极限值@@@@0，将@@Q=0带入增益表@@达式@@(6)，可以@@得到@@@@@@k的@@最大值@@@@：

电池实际工作时@@@@，在@@200V~250V区间进行降额工作@@，设计过程不将@@其@@考虑在@@内@@，因此@@认为@@@@Vo min=250V，再考虑设计的@@裕量@@，选择@@k值为@@@@6。

在@@k值固定的@@情况下@@@@，电压@@增益曲线@@@@随着@@@@Q值的@@增加而@@减小@@@@@@。由@@于@@满载时@@@@Q值最大@@，Q应该在@@满载工况下@@进行设计@@，满足在@@最低@@的@@开关频率@@@@点可以@@实现@@最大的@@电压@@增益@@。因此@@Q的@@最大值@@@@为@@@@：

为@@了提高@@@@效率@@，Q的@@取值要@@尽量大@@，因此@@选择@@@@Q=0.9Qmax。根据@@表@@@@1，计算@@变换器@@的@@等@@效电阻@@值@@Req=15.14，从@@而@@可以@@得到@@@@@@谐振参数@@：

3.2.2 1200V器件@@谐振参数设计@@@@

1200V器件@@的@@拓扑@@中@@变压器@@原副边匝比@@为@@@@650V器件@@拓扑@@的@@两倍@@@@@@，因此@@要@@对@@参数设计过程进行修正@@。经过@@计算@@@@，可以@@得到@@@@@@650V器件@@拓扑@@和@@@@1200V器件@@拓扑@@谐振参数的@@设计@@值为@@@@@@：

表@@2.三相@@LLC谐振变换器@@@@参数设计结@@果@@

主功率@@器件@@@@的@@选型@@与@@特性@@@@

英飞凌@@作为@@@@功率@@半导体器件@@的@@领导者@@，针对@@@@不同@@的@@@@应用@@@@背景@@均有相应的@@@@MOSFET和@@IGBT等@@产品@@@@解决方案@@@@@@。对@@于@@上@@述@@30kW三相@@LLC拓扑@@的@@主功率@@器件@@@@@@，文章将@@按@@照@@650V和@@1200V两种电压@@等@@级@@@@@@，选取三种典型@@@@功率@@器件@@@@进行特性@@分析@@。

4.1. 650V Si MOSFET

英飞凌@@最新的@@@@CoolMOS™ CFD7系列@@产品@@@@，开关损耗@@@@小@@@@，开关速度快@@，且专门优化了体二极管@@@@等@@特性@@@@@@，可以@@更好地适配@@LLC等@@各种软开关@@应用@@@@，也是@@目前@@充电@@桩@@应用@@中@@@@的@@@@主流产品@@@@。

根据@@功率@@等@@级@@@@，文章选取@@650V/29mΩ/CFD7系列@@的@@@@TO247-3单@@管@@@@封装@@的@@@@@@IPW65R029CFD7。

4.2. 650V IGBT

针对@@@@某些高频@@或@@软开关@@领域@@@@，英飞凌@@也有@@相应的@@高速@@IGBT产品@@。例如@@@@650V TRENCHSTOP™ 5系列@@，按@@器件@@开关速度由@@低@@到@@高分别有@@L5、S5、H5、F5等@@产品@@@@。文章选取@@650V/75A/H5系列@@的@@@@TO247-4封装@@的@@@@IGBT产品@@IKZ75N65EH5。

4.3. 1200V SiC MOSFET

相较于@@Si器件@@，SiC器件@@具有@@更高的@@@@禁带宽度@@、更高的@@@@阻断电压@@和@@更高的@@@@热@@导率@@。因此@@使用@@@@SiC器件@@可以@@在@@@@降低@@开关损耗@@@@的@@同时@@@@@@，拥有更高的@@@@阻断电压@@和@@更好的@@热@@性能@@@@。文章选取@@英飞凌@@的@@@@@@CoolSiC™产品@@IMZ120R030M1H，导通@@电阻@@@@为@@@@30mΩ。

4.4. 三种功率@@器件@@@@的@@特性@@对@@比@@@@

鉴于@@LLC软开关@@的@@电路@@特点@@，功率@@器件@@@@的@@损耗@@主要@@为@@导通@@损耗@@和@@关断@@损耗@@@@，其@@中@@@@大部分@@工况下@@导通@@损耗@@占据主导位置@@。除了器件@@的@@损耗@@@@，热@@阻@@Rthjc的@@差异也会影响器件@@的@@结@@温@@@@@@Tvj和@@性能@@表@@现@@@@。

导通@@损耗@@与@@功率@@器件@@@@的@@@@Rdson或@@VCE特性@@相关@@@@，图@@8为@@不同@@结@@温@@@@Tvj下@@VDS/VCE与@@电流@@@@ID/IC之间@@的@@关系@@。（根据@@规格书@@，IPW65R029CFD7的@@典型@@@@@@Rdson为@@24mΩ，IMZ120R030M1H的@@典型@@@@@@Rdson为@@30mΩ。）

图@@8.功率@@器件@@@@饱和@@压降曲线@@@@对@@比@@@@

由@@上@@图@@@@可知@@@@，650V CoolMOS™的@@Rdson随结@@温@@@@Tvj升高@@，增加最为@@明显@@@@，650V IGBT对@@于@@结@@温@@@@Tvj的@@敏感程度最低@@@@。

此外@@，三个@@器件@@的@@关断@@特性@@如@@表@@@@@@3和@@图@@@@9所示@@。（IMZ120R030M1H的@@门级@@关断@@电阻@@@@Rgoff=2Ω，IKZ75N65EH5的@@Rgoff=18Ω，二者关断@@损耗@@@@Eoff数据来自规格书@@。IPW65R029CFD7规格书未提供@@@@Eoff曲线@@@@，以@@官网@@@@SPICE模型@@@@的@@@@Eoff仿真@@曲线@@@@作为@@@@参考@@，Rgoff=5Ω）

表@@3.功率@@开关管@@@@关断@@时@@@@间的@@数据表@@参考@@

由@@表@@@@3可知@@，三种器件@@的@@关断@@时@@间@@tf均为@@@@10ns左右@@，考虑到@@@@实际应用@@的@@@@Rgoff与@@规格书可能存在@@差异@@，因此@@具体的@@数值需要@@根据@@工况进行调整@@。

图@@9.功率@@器件@@@@关断@@损耗@@曲线@@@@对@@比@@@@

三种功率@@器件@@@@的@@热@@阻@@@@RthJC_max对@@比@@如@@@@表@@@@4所示@@。

表@@4.不同@@器件@@方案@@的@@结@@壳热@@阻@@@@

为@@进一步对@@上@@述器件@@的@@特性@@进行分析@@，比@@较他们在@@@@LLC系统@@应用@@中@@@@的@@@@损耗@@和@@结@@温@@@@等@@方面的@@差异@@,文章将@@利用@@@@PLECS仿真@@工具@@，同时@@@@对@@@@LLC电路@@和@@@@功率@@器件@@@@建模@@，进行定量仿真@@分析与@@对@@比@@@@。

5. PLECS仿真@@

PLECS是@@电路@@和@@@@控制@@结@@合的@@多功能仿真@@软件@@@@，非常适合于包括@@热@@仿真@@在@@内的@@器件@@@@方案@@@@评估@@。文章基@@于@@@@PLECS平台进行不同@@器件@@和@@拓扑@@方案@@的@@对@@比@@@@，为@@实际的@@电路@@搭建提供@@准确的@@指导@@。

5.1. 三相@@LLC仿真@@电路@@@@

图@@2所示@@为@@充电@@桩@@工作对@@应的@@电池负载曲线@@@@@@。实际工作中@@@@，变换器@@需要@@覆盖所有的@@工况@@。文章中@@@@选取了三个@@典型@@@@工作点进行仿真@@@@，覆盖恒压@@、恒功率@@和@@恒流不同@@阶段的@@情况@@，如@@表@@@@5所示@@。Th为@@散热@@器温度@@，Rth_CH为@@散热@@器与@@功率@@器件@@@@壳之间@@的@@热@@阻@@@@。

表@@5.三相@@LLC谐振变换器@@@@仿真@@工况点@@

仿真@@过程采用@@开环控制@@@@，保证电路@@的@@可靠有效工作@@。对@@于@@三相@@@@LLC原边开关管@@@@而@@言@@@@@@，每相桥臂的@@上@@下@@两个@@@@开关管@@@@互补导通@@@@，占空比@@为@@@@0.5，三相@@之间@@相移为@@@@120°。使用@@500V输出电压@@@@作为@@@@触发条件@@，进行变压器@@副边整流模块@@的@@@@串并联切换@@。

图@@10为@@650V CoolMOS™的@@仿真@@波形@@@@，Vg1、Vg3、Vg5分别为@@@@三相@@桥臂的@@上@@管@@@@驱动@@@@@@，ILra、ILrb、ILrc分为@@三相@@的@@原边谐振电流@@@@，波形近似为@@正弦波@@。此时@@@@输入电流@@的@@纹波为@@@@20%，输出电流@@@@的@@纹波约为@@@@@@12%，相较于@@传统的@@@@LLC拓扑@@，电流@@纹波得到@@@@抑制@@。

图@@10.650V CoolMOS仿真@@波形@@

5.2. PLECS器件@@模型@@@@@@

PLECS在@@进行损耗@@和@@热@@仿真@@时@@@@，模型@@@@中@@要@@包含导通@@压降@@/电阻@@、开关损耗@@@@Esw等@@数据@@。仿真@@模型@@@@数据来自规格书@@中@@的@@@@曲线@@@@@@，是@@在@@@@特定的@@平台和@@工况下@@测试@@得到@@@@的@@@@。

除此之外@@，需要@@额外考虑输出电容@@@@Coss充放电的@@能量@@Eoss。理想情况下@@@@，输出电容@@在@@一个@@周期内充放电@@，开关管@@@@关断@@时@@@@，实际关断@@损耗@@等@@于测量损耗@@减去@@Eoss；开通@@时@@@@，实际开通@@损耗@@等@@于测量损耗@@加上@@@@Eoss。对@@于@@硬开关器件@@@@，开关损耗@@@@为@@关断@@损耗@@与@@开通@@损耗@@之和@@@@，因此@@可以@@忽略@@Eoss的@@影响@@。但@@对@@于@@@@ZVS器件@@，开通@@损耗@@不考虑@@，因此@@在@@计算@@关断@@损耗@@的@@时@@候需要@@额外减去@@Eoss，如@@公式@@(16)所示@@。由@@于@@输出电容@@的@@滞回特性@@@@，经过@@充电@@再放电的@@过程@@，Eoss会有部分能量损失@@，因此@@需要@@给@@Eoss增加一个@@系数@@φ (0~1)。部分器件@@会在@@规格书中@@给出@@Eoss的@@值@@，对@@于@@没有提供@@@@Eoss的@@器件@@@@，可以@@基@@于@@@@Coss与@@VDS的@@关系曲线@@@@@@，通过@@Coss对@@VDS平方@@的@@积分@@，得到@@@@Eoss的@@值@@。文章中@@@@为@@了简化计算@@@@，暂不考虑@@Eoss的@@影响@@。

在@@功率@@开关管@@@@的@@模型@@@@中@@均包含体二极管@@@@或@@外加@@二极管@@@@的@@模型@@@@@@，因此@@在@@一定的@@死区时@@间内@@，通过@@二极管@@@@续流@@，可以@@实现@@开关管@@@@的@@@@ZVS软开关@@。根据@@应用@@考虑@@，仿真@@中@@选择@@驱动@@@@电阻@@如@@表@@@@@@6所示@@。通常@@门极电阻@@@@Rg越大@@，功率@@器件@@@@的@@开关损耗@@@@越大@@@@。考虑到@@@@设计裕量@@，同时@@@@也为@@了更贴近实际应用@@@@，此处@@设置比@@规格书稍大一些的@@电阻@@@@Rg作为@@@@仿真@@参考@@。仿真@@模型@@@@已经考虑了驱动@@@@电阻@@的@@影响@@@@。

表@@6.不同@@器件@@方案@@的@@驱动@@@@电阻@@@@

6. 仿真@@结@@果分析@@

表@@7~9所示@@分别为@@@@@@CoolMOS™、IGBT和@@CoolSiC™的@@三相@@@@LLC原边功率@@管@@仿真@@结@@果@@。

表@@7.650V CoolMOS三相@@LLC谐振变换器@@@@仿真@@结@@果@@

表@@8.650V IGBT三相@@LLC谐振变换器@@@@仿真@@结@@果@@

表@@9.1200V CoolSiC三相@@LLC谐振变换器@@@@仿真@@结@@果@@

图@@11.三种器件@@方案@@结@@温@@对@@比@@@@

从@@图@@@@11中@@可以@@看出@@@@，三种开关管@@@@均可以@@满足结@@温@@要@@求@@，其@@中@@@@CoolMOS™结@@温@@表@@现@@最好@@，为@@112.2°C，而@@CoolSiC™的@@结@@温@@@@最高@@，为@@136.5°C。文章中@@@@针对@@@@结@@温@@的@@仿真@@是@@基@@于@@固定的@@散热@@器温度@@，若基@@于@@相同的@@@@实际散热@@条件@@，由@@于@@CoolSiC™损耗@@低@@@@，其@@散热@@器温度会偏低@@@@，因此@@实际结@@温@@也会降低@@@@。

而@@图@@@@12给出了@@三种器件@@方案@@的@@效率对@@比@@@@，其@@中@@@@CoolSiC™效率最优@@，IGBT方案@@的@@效率最低@@@@。

图@@12.三种器件@@方案@@效率对@@比@@@@

对@@于@@650V的@@器件@@@@方案@@@@，虽然@@CoolMOS™的@@结@@温@@@@和@@效率表@@现@@更优@@，但@@同样电流@@等@@级@@下@@@@，IGBT具有@@明显@@的@@成本优势@@，可以@@满足不同@@客户的@@需求@@。英飞凌@@之后@@也将@@推出@@性能@@优化的@@快速开关@@IGBT方案@@，提升@@IGBT性能@@，进一步满足客户需求@@。1200V的@@方案@@可以@@将@@开关管@@@@数量@@从@@@@12颗@@减少为@@@@6颗@@，降低@@拓扑@@复杂度@@，减少驱动@@@@等@@配套电路@@的@@数量@@@@。虽然@@SiC器件@@单@@颗@@成本较高@@，但@@是@@@@由@@@@于器件@@数量@@少@@、配套电路@@少@@，并且@@该方案@@的@@高效@@率@@可以@@降低@@散热@@成本和@@电能成本@@。因此@@综合考虑运行成本等@@因素@@，在@@成本方面反而@@具有@@一定的@@优势@@@@。表@@10给出了@@三种器件@@方案@@的@@优缺点@@，在@@应用@@过程中@@可以@@根据@@需求进行选择@@@@。

表@@10.不同@@器件@@方案@@三相@@@@LLC谐振变换器@@@@优缺点@@

7. 结@@论@@

文章针对@@@@@@30kW三相@@LLC变换器@@常见的@@两类拓扑@@@@，选取了三种不同@@的@@@@功率@@器件@@@@方案@@@@：650V IGBT/650V Si MOSFET/1200V SiC MOSFET，基@@于@@特定的@@参数条件@@，利用@@PLECS平台进行详细的@@仿真@@分析@@，对@@比@@了三种功率@@器件@@@@在@@损耗@@@@、结@@温@@、效率和@@成本等@@方面的@@各自特点与@@差异@@。相比@@@@目前@@主流的@@@@@@650V Si MOSFET方案@@，650V IGBT方案@@具有@@一定的@@器件@@@@成本优势@@，虽然@@整体效率稍低@@@@，若增加开关速度来减小@@@@@@Eoff，则@@器件@@的@@结@@温@@@@和@@效率还有进一步优化的@@空间@@，可缩小@@与@@@@Si MOSFET性能@@差距@@。关于@@1200V SiC MOSFET方案@@，虽然@@器件@@成本增加@@，但@@整体拓扑@@控制@@简单@@@@、配套电路@@少@@、效率高@@，有效降低@@系统@@设计的@@成本@@，是@@未来@@发展的@@重要@@趋势之一@@。

参考文献@@@@

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还没使用@@@@SiC FET？快来看看本文@@，秒懂@@SiC FET性能@@和@@优势@@！

judy — Fri, 11 Nov 2022 09:27:04 +0000

摘@@要@@@@

高频@@开关等@@宽带隙@@半导体是@@实现@@更高功率@@转换@@@@效率的@@助力@@。SiC FET就@@是@@@@一个@@例子@@，它由@@一个@@@@SiC JFET和@@一个@@硅@@@@MOSFET以@@共源@@共栅@@@@方式构成@@。

正文@@

在@@功率@@电子@@器件@@领域@@@@，工程师们梦想有一种完美的@@半导体开关@@，它没有导电@@损耗@@和@@开关损耗@@@@@@，电压@@无穷大@@，没有漏电且易于驱动@@@@@@@@。不幸的@@是@@@@，物理学告诉我们@@，它仅仅存在@@于梦想中@@@@，但@@是@@@@采用@@@@最新@@SiC FET宽带隙@@半导体的@@开关已经非常接近这一理想开关@@，这种半导体开创了新的@@应用@@@@领域@@@@，提升@@了旧开关的@@效率@@，还有助于节省@@能量和@@成本@@。

发展历程@@

虽然@@场效应@@晶体管@@@@@@（FET）是@@在@@@@20世纪@@30年@@代@@@@首次提出并注@@册专利的@@@@，但@@是@@@@制造技术@@没能跟上@@@@，因此@@，首个@@开关功率@@转换@@@@器采用@@的@@是@@锗双极@@性晶体管@@@@（BJT），它的@@实用性很差@@，漏电量很高且额定值@@非常有限@@。硅@@BJT是@@一个@@进步@@，它成为@@了市场主流@@，且直至@@今日@@，一些功率@@非常低@@@@/低@@成本的@@转换@@器@@仍会偶尔使用@@它@@。然而@@@@，由@@于@@开关损耗@@@@@@，BJT的@@效率低@@@@，除非将@@频率@@控制@@得非常低@@@@，而@@这意味着采用@@大体积@@磁性@@188足彩外围@@app ，违背了微型@@化趋势@@。

在@@70年@@代@@@@晚期和@@@@80年@@代@@@@早期@@，MOSFET问世了@@，其@@额定值@@适合低@@功率@@转换@@@@器@@，但@@是@@@@MOSFET技术@@和@@@@BJT技术@@结@@合构成的@@@@IGBT带来了突破@@，它易于驱动@@@@@@@@，具有@@高额定电压@@@@@@，而@@且甚至@@在@@大电流@@@@下@@也具有@@低@@导电@@损耗@@@@。该器件@@变成了大功率@@@@应用@@下@@的@@首选解决方案@@@@@@，而@@且在@@今天@@的@@逆变器@@和@@电动@@机领域@@仍具有@@非常大的@@市场@@。不过@@，它们距离完美开关仍有很大距离@@，这主要@@是@@@@由@@开关损耗@@@@造成的@@@@，尤其@@是@@@@“尾@@”电流@@造成的@@开关损耗@@@@@@，它将@@工作频率@@@@限制为@@最高数十@@ kHz，从@@而@@导致相关@@磁性@@188足彩外围@@app 体积@@大@@、重量大@@、损耗@@高且价格昂贵@@。

与@@此同时@@@@@@，硅@@MOSFET有改进过的@@最新@@“超结@@@@”类型@@@@，导通@@电阻@@@@足够低@@@@，能与@@@@IGBT相媲美@@，迈入@@kW级@@电平@@范围@@，且具有@@工作频率@@@@可以@@非常高的@@优势@@以@@及@@@@所有相关@@优点@@。不过@@，在@@较高功率@@下@@@@，由@@于@@“平方@@”效果@@，较大的@@电流@@仍将@@在@@导通@@电阻@@@@内产生@@不可接受的@@@@I2R损耗@@，而@@且因为@@@@即@@使在@@低@@功率@@下@@也需要@@比@@以@@往更高的@@@@效率@@，所以@@@@设计师们现在@@@@把改进期望寄托在@@硅@@的@@替代@@产品@@上@@@@。宽带隙@@（WBG）材料碳化硅@@@@@@（SiC）和@@氮化镓@@正好合适@@，它们的@@单@@位晶粒面积导通@@电阻@@@@较低@@@@，电饱和@@速度更好@@。它们还具有@@其@@他优点@@，如@@每毫米的@@临界击穿电压@@较高@@、能实现@@较小@@的@@芯@@片@@体积@@并进而@@实现@@较低@@的@@电容@@以@@及@@@@可能较高的@@开关速度@@。SiC的@@导热@@系数比@@硅@@或@@@@GaN好得多@@，它不仅额定结@@温@@较高@@，还能让给定晶粒和@@封装@@具有@@更好的@@功率@@耗散@@能力@@@@（图@@1）。

图@@1：Si、SiC和@@GaN的@@材料特性@@@@

宽带隙@@器件@@的@@挑战@@

不过@@，作为@@@@宽带隙@@产品@@中@@的@@@@佼佼者@@，SiC MOSFET仍然面临着挑战@@，因为@@@@它固有的@@晶格缺陷数量@@要@@超过@@硅@@@@，所以@@@@会造成较低@@的@@电子@@迁移率和@@较高的@@导通@@电阻@@@@@@@@。栅@@极@@阈值电压@@@@也表@@现@@出了明显@@的@@不稳定@@性和@@迟滞现象@@，而@@且在@@短路@@和@@过压等@@应力事件后栅@@氧化层@@会降级@@@@。它还会出现意外问题@@，并伴随@@“基@@面错位@@”或@@大块晶格缺陷@@，这种错位或@@缺陷可能在@@特定条件下@@扩大或@@迁移@@，进而@@导致导通@@电阻@@@@和@@漏电电流@@上@@升@@@@。制程改进显著改善了这一情况@@，不过@@，制造商仍需要@@在@@制程中@@进行大量缺陷筛查@@，才能将@@场故障率维持在@@低@@水平@@，但@@是@@@@每个@@晶粒仍会受到@@一定影响@@。SiC MOSFET还需满足特定的@@栅@@极@@@@驱动@@@@@@要@@求才能实现@@最低@@的@@导通@@电阻@@@@@@@@，栅@@极@@电压@@也必须接近最大绝对@@值才能具有@@防止瞬态过电压@@的@@重要@@能力@@@@。

替换方案@@@@SiC FET

虽然@@许多制造商坚持采用@@@@SiC MOSFET，但@@是@@@@采用@@@@SiC JFET也是@@一个@@可以@@考虑的@@方法@@，它没有许多@@MOSFET会有的@@问题@@。不过@@，JFET是@@常开型@@器件@@@@@@，在@@实际@@电路@@中@@@@并不受欢迎@@，因而@@@@“共源@@共栅@@@@”概念广为@@人们所接受@@，它将@@高压@@@@SiC JFET和@@一起封装@@的@@@@低@@压硅@@@@MOSFET相结@@合@@，构成了所谓的@@@@“SiC FET”（图@@2）。该器件@@为@@常关状态@@，具有@@宽带隙@@器件@@的@@全部优势@@，又容易用非临界栅@@极@@驱动@@@@@@来驱动@@@@@@Si-MOSFET，后者为@@低@@压型@@器件@@@@@@，具有@@非常可靠的@@栅@@氧化层@@和@@低@@导通@@电阻@@@@@@@@。

图@@2：SiC FET示意图@@@@

与@@SiC MOSFET相比@@@@，SiC FET具有@@许多电气@@优势和@@实用优势@@。例如@@@@，SiC JFET固有的@@沟道@@电子@@迁移率要@@好得多@@@@。沟道@@也较短@@，因此@@对@@于@@给定晶粒面积@@，SiC FET的@@导通@@电阻@@@@@@是@@@@SiC MOSFET的@@二分之一到@@四分之一@@，或@@者@@说@@，在@@获得相同导通@@电阻@@@@的@@前提下@@@@，每个@@晶圆最多可以@@得到@@@@@@四倍@@于@@SiC MOSFET的@@晶粒@@。与@@硅@@@@超结@@@@@@MOSFET相比@@@@，该数字最高可达到@@@@@@13倍@@，且更高的@@@@性能@@有助于抵消@@SiC比@@硅@@高的@@物料成本@@。要@@进行有意义的@@比@@较@@，导通@@电阻@@@@与@@晶粒面积的@@乘积@@RDS*A是@@一个@@有用的@@指标@@。因为@@@@与@@@@SiC MOSFET相比@@@@，在@@相同导电@@损耗@@下@@@@，SiC FET器件@@的@@晶粒@@较小@@@@，所以@@@@SiC FET的@@器件@@@@电容@@较低@@@@，因而@@@@开关损耗@@@@也较低@@@@，以@@导通@@电阻@@@@乘以@@开关能量这一性能@@表@@征表@@示@@，即@@RDS*EOSS。

SiC FET的@@栅@@极@@@@就@@是@@@@共源@@共栅@@@@的@@@@Si MOSFET。它的@@阈值约为@@@@@@5V，稳定@@，无迟滞@@，因而@@@@用@@12V或@@15V电压@@就@@可轻松驱动@@@@至@@完全增强@@，它还兼容@@@@IGBT和@@Si MOSFET电平@@，且距离最大绝对@@值@@（通常@@为@@@@25V）有很大的@@裕度@@。由@@于@@器件@@尺寸@@小@@且@@Si MOSFET有隔离效果@@@@，可以@@不使用@@米勒电容@@@@@@，从@@而@@提高@@效@@率@@@@，因此@@开关速度非常快且损耗@@低@@@@@@，而@@SiC JFET的@@低@@输出电容@@也促进了这一特点@@。在@@实际@@应用@@中@@@@@@，通常@@会有意将@@边缘放缓@@，以@@控制@@电磁干扰和@@电压@@过冲@@，这可以@@通过@@增加栅@@极@@电阻@@实现@@@@，通过@@小@@缓冲电路@@也能实现@@@@，且更有效@@。

反向@@或@@@@“第三象限@@”导电@@

是@@否能有效反向@@导电@@通常@@是@@功率@@开关的@@一个@@关键考虑事项@@。IGBT不能@@，所以@@@@需要@@一个@@并联二极管@@@@@@，而@@Si和@@SiC MOSFET有体二极管@@@@@@。SiC MOSFET中@@的@@@@二极管@@@@有可观的@@反向@@恢复能量@@，因而@@@@会耗散部分功率@@@@，且其@@正向@@压降高@@，约为@@@@4V。GaN HEMT单@@元可反向@@导电@@而@@无反向@@恢复@@，但@@是@@@@压降高@@，且压降与@@栅@@极@@关态电压@@和@@沟道@@电阻@@相关@@@@，从@@而@@导致压降达到@@@@数伏@@。相反@@，SiC FET的@@体二极管@@@@具有@@低@@压共源@@共栅@@@@@@Si MOSFET的@@特征@@，因此@@正向@@压降约为@@@@@@1.5V，反向@@恢复能量非常低@@@@，大约@@是@@@@SiC MOSFET的@@三分之一@@。SiC FET的@@较高性能@@有力地开拓了@@Si MOSFET所无法进入的@@应用@@@@领域@@@@，如@@“图@@腾柱@@”功率@@因数校正级@@中@@的@@@@快速开关@@。图@@3显示了@@SiC FET和@@超结@@@@@@MOSFET的@@反向@@恢复特征@@，并与@@同一电压@@级@@别的@@器件@@@@进行了对@@比@@@@。

图@@3：SiC FET共源@@共栅@@@@结@@构@@的@@反向@@恢复电荷@@比@@硅@@@@SJ MOSFET小@@100倍@@左右@@@@

SiC FET十分可靠@@

工程师需要@@对@@器件@@可靠性有信心@@，这是@@@@十分自然的@@事@@，而@@SiC现在@@@@可以@@视为@@一种成熟技术@@@@，在@@现场和@@实验中@@都具有@@很好的@@可靠性数据@@。SiC FET不具有@@已知会导致降级@@问题的@@@@SiC栅@@氧化层@@，这是@@@@它的@@另一个@@优点@@。共源@@共栅@@@@结@@构@@的@@栅@@极@@@@是@@可靠的@@低@@压@@Si MOSFET的@@栅@@极@@@@，具有@@高阈值电压@@@@@@和@@厚氧化层@@，而@@内置@@稳压钳位又提供@@了进一步保护@@。与@@GaN单@@元不同@@@@，SiC FET具有@@雪崩额定值@@和@@固有的@@抗短路@@能力@@@@，它还有沟道@@@@“夹断@@”效应@@，而@@且与@@@@MOSFET和@@IGBT不同@@，该效应@@极为@@一致@@，不受栅@@极@@电压@@影响@@。由@@于@@沟道@@电阻@@温度系数为@@正@@，SiC FET短路@@电流@@会随时@@间减小@@@@@@，而@@且会在@@晶粒单@@元中@@均匀分布@@，因而@@@@更加稳定@@@@。

最近推出@@的@@@@SiC FET器件@@采用@@银烧结@@晶粒粘接方法@@，与@@焊料相比@@@@@@，该方法能将@@连接处的@@导热@@系数提高@@六倍@@@@，减少结@@温@@升高@@幅度并保持高可靠性@@@@。

SiC FET的@@最新发展@@

自诞生后@@，SiC FET已经发展出了第四代@@产品@@@@。额定电压@@@@已经有所提高@@@@，导通@@电阻@@@@则@@降低@@至@@一定范围@@，使得基@@片成为@@目前@@的@@限制因素@@，而@@且目前@@应用@@@@“晶圆减薄@@”法来提高@@收益@@。产品@@的@@动@@态性能@@@@也得以@@改进@@，因而@@@@部件可以@@在@@@@硬开关拓扑@@中@@高效@@应用@@@@，也可以@@在@@@@软开关@@操作中@@在@@非常高的@@频率@@@@下@@应用@@@@，如@@在@@@@LLC或@@相移全桥电路@@中@@@@@@。

SiC FET的@@安装选项也增加了@@，从@@TO-247和@@TO-220封装@@中@@的@@@@并排安装发展到@@@@“堆叠式@@”晶粒结@@构@@@@。还利用@@@@“开尔文@@”源@@极连接引@@入了@@有引@@脚的@@部件@@，以@@避免栅@@极@@驱动@@@@@@回路中@@的@@@@常见电感问题@@。最近推出@@的@@@@无引@@脚@@DFN8x8封装@@可实现@@极低@@的@@连接电感和@@@@MHz频率@@的@@开关@@。

SiC FET的@@吸引@@力@@

最新一代@@@@SiC FET使得开关向@@着理想开关又迈进了一步@@，它的@@损耗@@极低@@@@，能轻松实施@@，且价格越来越有吸引@@力@@。这些@@器件@@由@@@@UnitedSiC提供@@，额定电压@@@@从@@@@650V至@@1700V，导通@@电阻@@@@低@@至@@@@25毫欧@@。UnitedSiC在@@其@@网@@站上@@提供@@了免费设计助手@@“FET JET”计算@@器@@，用它能快速为@@一系列@@功率@@转换@@@@拓扑@@选择@@任何@@UnitedSiC器件@@并预测器件@@性能@@@@，包括@@PFC级@@和@@隔离@@@@/非隔离直流@@转换@@器@@拓扑@@@@。

文章来源@@@@@@：UnitedSiC

适用于@@下@@一代@@大功率@@@@应用@@的@@@@XHP™2封装@@

judy — Tue, 08 Nov 2022 03:57:16 +0000

作者@@：Waleri Brekel, Wilhelm Rusche, Alexander Höhn, Wolfgang Bücker，来源@@@@：英飞凌@@工业@@半导体@@微信公众号@@@@

摘@@ 要@@

轨道交通牵引@@@@变流器的@@@@平台化设计和@@易扩展@@性是@@其@@@@主要@@发展方向@@之一@@，其@@对@@半导体器件@@也提出了新的@@需求@@。一方面需要@@半导体器件@@能满足更宽的@@电压@@等@@级@@@@和@@电流@@@@等@@级@@@@，另一方面也要@@兼容@@电力电子@@器件@@的@@新技术@@@@，比@@如@@@@IGBT5/.XT或@@SiC MOSFET。这样@@既有利于电力电子@@系统@@的@@平台化设计@@，也可以@@增加系统@@的@@功率@@密度@@@@@@，减小@@@@系统@@的@@尺寸@@和@@体积@@@@。因此@@，半导体器件@@需要@@具有@@更低@@的@@杂散电感@@、更大的@@电流@@等@@级@@@@和@@对@@称的@@结@@构@@布局@@。本文介绍了一种新的@@用于大功率@@@@应用@@的@@@@XHP™ 2 IGBT模块@@，包括@@低@@杂散电感设计原理@@、开关特性@@@@和@@采用@@@@IGBT5/.XT技术@@可以@@延长模块@@的@@@@使用@@寿命@@等@@关键点@@。

引@@ 言@@

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模块@@作为@@@@现代@@电力电子@@设备能量变换的@@核心器件@@已经广泛应用@@于@@各种应用@@中@@@@@@，比@@如@@@@机车牵引@@@@变流器@@、车载@@逆变器@@@@、高低@@压变频器@@@@、太阳能逆变器@@@@、风电@@变流器等@@@@。在@@大功率@@@@应用@@中@@@@@@，一般根据@@系统@@的@@电压@@@@、功率@@、拓扑@@结@@构@@以@@及@@@@其@@他相关@@参数选择@@合适的@@@@IGBT模块@@。由@@于@@现有@@IGBT模块@@的@@@@封装@@@@、电压@@和@@电流@@@@等@@级@@各有不同@@@@，所以@@@@IGBT选型@@遇到@@的@@最典型@@@@问题是@@用不同@@封装@@的@@@@@@IGBT满足系统@@的@@电压@@和@@功率@@需求@@，从@@而@@可能会极大的@@限制系统@@的@@平台化设计和@@可扩展@@性@@。鉴于@@此@@，新开发的@@器件@@@@封装@@需要@@能同时@@@@兼容@@更宽的@@电压@@范围和@@电流@@@@等@@级@@@@。

1. XHP™ 2新封装@@寄生电感低@@@@、兼容@@多种电压@@和@@更高的@@@@电流@@等@@级@@@@@@

新一代@@的@@@@XHP™ 2封装@@采用@@具有@@低@@感应的@@设计@@结@@构@@@@，DC(+)及@@DC(-)端子@@并排带状布置可以@@显著降低@@模块@@的@@@@寄生电感@@，从@@而@@有助于开关器件@@实现@@良好的@@开关性能@@@@[1]。XHP™ 2封装@@适用于@@较宽的@@电压@@等@@级@@@@@@，比@@如@@@@1.2kV, 1.7kV和@@3.3kV。在@@低@@压应用@@中@@@@@@，XHPTM 2封装@@可以@@实现@@更大的@@额定电流@@@@@@ICnom=1800A、兼容@@IGBT5/.XT技术@@和@@@@在@@更高的@@@@工作温度@@@@Tvj,max=175℃长期可靠运行@@。DC(+/-)端子@@和@@母排之间@@的@@侧位连接接口有助于实现@@较低@@的@@直流@@母排寄生电感@@[2]。辅助端子@@位于模块@@中@@间区域@@，有适当@@的@@高度和@@空间用于安装双面印刷电路@@板@@(图@@1)。

图@@1 a) XHP™ 2封装@@的@@@@典型@@@@@@外观@@，b)辅助端子@@示意图@@@@@@，用于在@@模块@@上@@方安装双面印刷电路@@板@@

DC(+/-)主端子@@之间@@的@@距离越小@@@@，则@@模块@@的@@@@寄生电感会越低@@@@[3]。XHP™ 2的@@DC(+/-)主端子@@设计如@@图@@@@@@2所示@@，模块@@寄生电感@@Ls<10nH，爬电距离@@为@@@@34mm(红色@@箭头@@)。如@@有必要@@@@，可以@@在@@@@DC(+)和@@DC(-)端子@@之间@@的@@凹槽里嵌入绝缘材料来增加电气@@间隙@@。此外@@，在@@直流@@母排@@DC(+)和@@DC(-)之间@@加一层薄绝缘层@@，可以@@降低@@母排的@@寄生电感@@，从@@而@@整个@@系统@@的@@寄生电感也会降低@@@@，这对@@于@@充分利用@@像@@SiC MOSFET这样@@的@@快速开关器件@@来说@@非常重要@@@@。

图@@2 XHP™ 2封装@@与@@直流@@母排连接示意图@@@@@@，包括@@爬电距离@@和@@用绝缘材料增加电气@@间隙@@

1.1. 模块@@主端子@@的@@热@@特性@@@@

1.1.1 主端子@@损耗@@仿真@@@@

如@@上@@所述@@，XHP™ 2封装@@可以@@实现@@高达@@@@ICnom=1800A额定电流@@@@，是@@高电流@@密度产品@@新的@@里程碑@@，其@@对@@模块@@设计也提出了更高的@@@@要@@求@@，主要@@挑战之一是@@@@控制@@模块@@内部@@的@@温度和@@功率@@端子@@温度在@@合理的@@范围@@。众所周知@@，金属的@@欧姆损耗@@与@@电流@@@@成平方@@关系@@，随着@@电流@@密度的@@增加@@，模块@@内部@@金属@@（铜排@@，绑定线@@@@）的@@损耗@@快速增加@@，散热@@成为@@模块@@和@@系统@@开发需要@@解决的@@重要@@问题@@。温度与@@端子@@的@@损耗@@@@、端子@@的@@散热@@和@@模块@@@@基@@板@@的@@散热@@密切相关@@@@，在@@此@@先通过@@热@@@@仿真@@对@@端子@@温度进行初步研究@@[4]，仿真@@涉及@@的@@相关@@参数定义如@@下@@@@@@，更多说明见图@@@@@@3。

输入参数@@：

Tterminal：端子@@表@@面温度@@

Tfoot：模块@@内部@@与@@基@@板@@连接处的@@主端子@@温度@@

Tc：芯@@片@@下@@方的@@基@@板@@温度@@

输出参数@@：

Pout,terminal：模块@@功率@@损耗@@@@

Tmax：端子@@的@@最高温度@@

图@@3 主端子@@热@@仿真@@的@@参数定义@@

基@@于@@Tc~Tfoot=100℃，Tterminal=125℃，图@@4给出了@@端子@@最高温度和@@模块@@@@相电流@@有效值的@@对@@应曲线@@@@@@。流过直流@@端子@@的@@电流@@@@(IDC,RMS)与@@模块@@相电流@@的@@关系参考公式@@1。

在@@图@@@@4中@@，直流@@端子@@的@@电流@@根据@@公式@@@@1计算@@。随着@@相电流@@的@@增加@@，Pout,terminal与@@相电流@@呈平方@@关系增加@@。因此@@，为@@了实现@@更高的@@@@电流@@密度@@，必须将@@端子@@产生@@的@@损耗@@耗散到@@环境中@@@@。热@@量的@@传递方向@@由@@主端子@@的@@温度梯度决定@@，Pout,terminal为@@正值表@@示模块@@内部@@的@@主端子@@温度更高@@。例如@@@@，当@@相电流@@为@@@@1200A时@@，交流@@端子@@@@的@@损耗@@@@12W，直流@@端子@@的@@功耗@@15W，这些@@损耗@@都需要@@耗散到@@环境中@@@@，以@@保持@@Tterminal为@@125℃。此时@@@@，直流@@端子@@和@@交流@@端子@@@@的@@最高温度@@也比@@较适中@@@@，分别为@@@@Tmax,DC terminal大约@@140℃，Tmax,AC terminal大约@@131℃(图@@4)。这些@@仿真@@结@@果是@@@@XHP™ 2封装@@机械设计和@@用红外热@@成像设备@@(IR)进行模块@@热@@验证的@@基@@础@@。

图@@4 Tfoot=100℃，Tterminal=125℃时@@，交流@@、直流@@端子@@的@@耗散功率@@与@@输出相电流@@的@@关系@@，Pout,terminal>0W表@@示热@@量从@@模块@@散出@@，Pout,terminal<0W表@@示热@@量进入模块@@@@

1.1.2 基@@于@@直流@@负载的@@红外热@@成像温度测试@@@@

除了热@@仿真@@模拟@@@@，还需要@@用红外热@@成像设备实测@@XHP™ 2模块@@主端子@@的@@温度@@。用于热@@测试@@的@@@@XHP™ 2模块@@需要@@去除外壳@@，把内部涂黑@@@@（比@@如@@@@用黑色哑光漆均匀喷黑@@），直流@@端子@@与@@直流@@母排连接@@，交流@@端子@@@@与@@交流@@铜排@@连接@@。

图@@5 XHP™ 2模块@@（不带外壳@@，涂黑@@）的@@红外热@@成像图@@@@，直流@@端子@@的@@负载电流@@@@IDC=876A，FWD平均结@@温@@@@TJ,av~175℃，直流@@(-)端子@@Tfoot~113℃，直流@@(-)端子@@Tterm~137℃，螺钉位置@@Tterminal,DC(+/-)~110℃

图@@5是@@基@@于@@水冷系统@@@@，TC≈120℃，IDC=876A工况下@@的@@直流@@端子@@红外热@@成像图@@@@。根据@@公式@@1，直流@@负载电流@@等@@效于相电流@@@@Iphase,leg=1238Arms。直流@@负载电流@@从@@直流@@@@(-)端子@@经过@@下@@桥臂@@的@@@@二极管@@@@@@，上@@桥臂的@@二极管@@@@@@，然后从@@直流@@@@(+)流出@@，直流@@端子@@附近的@@温度低@@于@@@@125℃。交流@@端子@@@@的@@热@@测试@@也采用@@类似的@@水冷装置@@，图@@6为@@TC≈120℃，IDC=1100A工况下@@交流@@端子@@@@的@@红外热@@成像图@@@@@@。电流@@从@@交流@@端子@@@@流入模块@@@@，经过@@下@@桥臂@@的@@@@IGBT和@@上@@桥臂的@@二极管@@@@@@@@，然后从@@直流@@@@端子@@流出@@@@，交流@@端子@@@@附近的@@温度较低@@@@，约为@@@@85℃。

需要@@说明的@@是@@@@，上@@述热@@仿真@@和@@热@@测试@@的@@条件不同@@@@，所以@@@@不能@@直接比@@较温度结@@果@@。但@@是@@@@在@@@@模块@@进行机械设计的@@初期@@，可以@@用热@@仿真@@初步评估端子@@的@@温度@@，更好的@@优化端子@@设计@@。

图@@6 XHP™ 2模块@@（不带外壳@@，涂黑@@）的@@红外热@@成像图@@@@，直流@@端子@@的@@负载电流@@@@IDC=1100A，下@@桥臂@@IGBT平均结@@温@@@@TJ,av~132℃，交流@@端子@@@@Tfoot~107℃，交流@@端子@@@@Tterm~100℃，螺钉位置@@Tterminal,AC~85℃

1.2. XHP™ 2的@@动@@态开关特性@@@@@@

图@@7是@@模块@@的@@@@电路@@图@@和@@俯视图@@@@@@。红色@@实线@@长方形内的@@端子@@是@@下@@桥臂@@@@IGBT的@@辅助发射极主端子@@@@8，红色@@虚线@@长方形内的@@端子@@是@@上@@桥臂@@IGBT的@@辅助发射极主端子@@@@12。端子@@8（12）在@@模块@@内部@@与@@主电路@@相连@@，它们和@@发射极辅助端子@@@@15（11）之间@@有漏电感@@，漏电感在@@@@di/dt变化阶段产生@@的@@电压@@降可以@@用于控制@@@@IGBT的@@瞬态行为@@@@[5]，所以@@@@如@@果有必要@@@@，可以@@通过@@端子@@@@8（12）设计更复杂的@@门极驱动@@@@@@。

图@@7 XHP™ 2模块@@的@@@@电路@@图@@和@@俯视图@@@@

XHP™ 2模块@@是@@半桥@@结@@构@@@@，与@@上@@一代@@单@@开关@@IGBT模块@@IHM/IHV相比@@@@，XHP™ 2的@@IGBT和@@二极管@@@@之间@@的@@换向@@发生在@@模块@@内部@@@@，所以@@@@它的@@换流电感更小@@@@。采用@@英飞凌@@的@@@@第五代@@@@IGBT（二极管@@@@）芯@@片@@和@@@@.XT连接技术@@@@，1700V XHP™ 2模块@@的@@@@最大电流@@@@可以@@达到@@@@@@1800A，连续工作结@@温@@度@@Tvj,max为@@175℃。

图@@8给出了@@IGBT FF1800XTR17T2P5(1800A/1700V)在@@结@@温@@@@Tvj=25℃和@@175℃时@@的@@开通@@@@、关断@@和@@二极管@@@@反向@@恢复@@测试@@波形@@。母线@@电压@@@@UDC=900V，集@@电极@@电流@@@@ ICnom=1800A，换流回路的@@总杂散电感@@LS≈30nH。以@@25℃时@@的@@关断@@波形为@@例@@@@，IGBT的@@过压尖峰@@ΔUC≈300V，比@@较小@@@@。为@@了避免使用@@外加@@的@@集@@电极@@@@-发射极钳位电路@@@@，必须尽量减小@@@@系统@@的@@换流电感@@，以@@降低@@关断@@过电压@@尖峰@@。

图@@8 额定条件下@@@@，FF1800XTR17T2P5在@@Tvj=25℃和@@175℃时@@的@@测试@@波形@@：a)IGBT开通@@；b)IGBT关断@@；c)二极管@@@@反向@@恢复@@

另外@@，图@@8中@@的@@@@所有波形都很平滑@@，没有任何@@震荡@@。如@@图@@@@1所示@@，直流@@(+)和@@直流@@@@(-)功率@@端子@@的@@结@@构@@布局也为@@@@XHP™ 2模块@@的@@@@并联进行了优化@@。图@@9中@@两个@@@@并联模块@@的@@@@开通@@特性@@非常相似@@，均流效果@@也非常好@@。

图@@9 两个@@@@并联模块@@的@@@@开通@@波形@@@@，蓝色@@是@@左模块@@@@，红色@@是@@右模块@@@@

如@@果没有@@对@@模块@@内部@@的@@上@@桥臂器件@@和@@下@@桥臂@@器件@@进行优化布局@@，则@@会导致上@@下@@桥臂@@的@@阻抗不相等@@@@，开通@@波形@@也会不对@@称@@。由@@于@@XHP™ 2模块@@对@@芯@@片@@布局和@@换流环路进行了优化设计@@，所以@@@@可以@@实现@@上@@下@@桥臂@@阻抗平衡和@@对@@称的@@开关特性@@@@@@。图@@10是@@同一个@@@@IGBT模块@@上@@桥臂和@@下@@桥臂@@@@的@@开通@@波形@@@@，可以@@看出@@，波形非常相似@@[6][7]。

图@@10 FF1800XTR17T2P5上@@桥臂和@@下@@桥臂@@@@IGBT开通@@波形@@，VCE=700V,IC=1800A,Tvj=25°C

2.XHP™ 2产品@@开发满足系统@@应用@@需求@@

新的@@封装@@通常@@会兼容@@更高的@@@@电流@@密度@@，将@@其@@和@@新的@@@@IGBT技术@@结@@合在@@一起@@，可以@@增加系统@@的@@功率@@密度@@@@、减小@@@@系统@@的@@尺寸@@和@@体积@@@@。此外@@，对@@于@@牵引@@@@变流器而@@言@@@@@@，器件@@的@@使用@@寿命@@也是@@非常重要@@的@@选型@@依据@@。例如@@@@，城市交通工具主要@@用于@@人们在@@市内日常通勤@@，当@@车辆行驶@@或@@加速时@@@@，变流器中@@的@@@@能量主要@@通过@@@@IGBT芯@@片@@；当@@车辆制动@@时@@@@，制动@@能量主要@@通过@@二极管@@@@芯@@片@@@@。图@@11是@@地铁电力驱动@@@@系统@@工作周期的@@简化示例图@@@@[8]。

图@@11 典型@@@@的@@地铁工作周期@@：行驶@@，制动@@和@@停止@@

在@@日常运行中@@@@，地铁短距离的@@启动@@和@@停止给变流器的@@功率@@模块@@带来了巨大的@@温度变化应力@@，也称为@@温度循环应力@@。在@@IGBT模块@@内部@@，绑定线@@@@和@@芯@@片@@的@@连接处以@@及@@@@芯@@片@@和@@@@基@@板@@的@@连接处都承受着由@@工作结@@温@@波动@@@@和@@温度持续时@@间导致的@@机械应力@@，所以@@@@IGBT模块@@的@@@@标准@@连接技术@@@@@@（铝绑定线@@@@@@，芯@@片@@标准@@焊接@@）也主要@@面临芯@@片@@焊层退化和@@铝绑定线@@@@@@断裂或@@者@@脱落等@@失效现象@@。因此@@，IGBT模块@@在@@@@变流器所有工况下@@的@@预期寿命@@是@@其@@@@选型@@的@@评估标准@@之一@@。为@@了实现@@变流器的@@预期寿命@@@@，地铁目前@@使用@@的@@@@IGBT模块@@通常@@是@@过设计@@。选择@@电流@@等@@级@@大一档的@@模块@@@@，或@@者@@使用@@电流@@等@@级@@小@@的@@模块@@并联@@，以@@减小@@@@模块@@的@@@@热@@应力@@，满足变流器预期寿命@@要@@求@@。因此@@，牵引@@@@变流器的@@@@IGBT模块@@工作结@@温@@通常@@明显@@低@@于@@@@模块@@规定的@@最高温度@@，IGBT的@@出力能力@@没有得到@@@@充分利用@@@@。

为@@了使@@IGBT更好的@@匹配变流器的@@需求@@，必须改进上@@述模块@@内部@@的@@退化@@、脱落或@@者@@断裂等@@失效机制@@，或@@者@@如@@有可能@@，完全消除这些@@失效机制@@，从@@而@@增加器件@@的@@预期寿命@@和@@输出电流@@@@@@。1700V XHP™ 2模块@@采用@@了英飞凌@@最新和@@最坚固的@@第@@5代@@IGBT和@@二极管@@@@芯@@片@@@@，外加@@.XT连接技术@@@@，所以@@@@它具有@@非常强大的@@温度循环能力@@@@[9]。为@@了量化这种效果@@@@，我们对@@使用@@@@IGBT5和@@.XT的@@XHP™ 2模块@@与@@使用@@@@IGBT4和@@标准@@连接技术@@@@的@@@@IHM模块@@进行了比@@较@@。假定牵引@@@@变流器典型@@@@的@@寿命@@目标@@为@@@@25年@@，即@@每年@@的@@寿命@@@@消耗低@@于@@@@4%。基@@于@@地铁电驱动@@@@系统@@的@@典型@@@@@@工作周期@@(图@@11)，图@@12给出了@@IGBT结@@温@@(红色@@)、二极管@@@@结@@温@@@@(绿色@@)和@@基@@板@@温度@@(蓝色@@)的@@变化曲线@@@@@@。IHM模块@@（1200A, 1700V，IGBT4）的@@寿命@@消耗约为@@@@每年@@@@@@6%，其@@总的@@等@@效寿命@@大约@@为@@@@@@16年@@，明显@@低@@于@@@@25年@@寿命@@要@@求@@，因此@@需要@@增加模块@@电流@@@@，例如@@@@模块@@并联@@，以@@满足寿命@@要@@求@@。与@@IHM模块@@相比@@@@@@，XHP™ 2的@@最高温度和@@温度变化略微高一些@@，但@@由@@于@@采用@@了@@.XT连接技术@@@@，其@@寿命@@消耗显著降低@@@@，约为@@@@每年@@@@2.8%，总的@@等@@效寿命@@大约@@为@@@@36年@@。

对@@于@@上@@述@@这种典型@@@@的@@应用@@@@@@，1200A,1700V XHP™ 2模块@@完全符合@@变流器的@@预期寿命@@要@@求@@。由@@于@@模块@@的@@@@寿命@@消耗取决于实际工况@@，其@@寿命@@在@@不同@@条件下@@可能会不同@@@@。因此@@，模块@@的@@@@寿命@@消耗需要@@根据@@模块@@种类和@@具体工况进行单@@独评估@@。

图@@12 基@@于@@标准@@的@@@@城市地铁交通工作周期的@@@@IGBT结@@温@@，IHM(上@@图@@@@)和@@XHP™ 2(下@@图@@@@)

总结@@@@

本文介绍了适用于@@下@@一代@@大功率@@@@应用@@的@@@@@@XHP™ 2封装@@,它能兼容@@@@3.3kV及@@以@@下@@@@电压@@等@@级@@@@和@@高达@@@@1800A的@@电流@@等@@级@@@@，同时@@@@还具有@@杂散电感低@@@@、结@@构@@对@@称@@、适合快速开关器件@@如@@@@SiC-MOSFET等@@特性@@@@。随着@@电流@@密度的@@增大@@，模块@@功率@@端子@@的@@损耗@@成为@@一个@@重要@@的@@问题@@，通过@@端子@@的@@优化设计可以@@降低@@它的@@电阻@@和@@损耗@@@@，但@@不能@@消除它们@@，所以@@@@应该在@@系统@@设计中@@进行考虑@@。英飞凌@@公司@@的@@@@IGBT5和@@.XT技术@@使功率@@模块@@具有@@极其@@强大的@@温度循环耐受能力@@和@@预期寿命@@@@，基@@于@@城市地铁交通典型@@@@工况的@@对@@比@@分析也验证了@@XHP™ 2模块@@（1700V，1200A）可以@@提升@@模块@@输出电流@@@@和@@@@变流器工作寿命@@@@，因此@@它非常适合城市应用@@对@@牵引@@@@变流器的@@@@平台化设计需求@@。

参考文献@@@@

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[4] Infineon Technologies AG: AN2009-08 V2.0 Application and Assembly Notes for PrimePACKTM Modules, March 2015, 19-21

[5] Ch. Gerster, P. Hofer: Gate-controlled dv/dt- and di/dt-limitation in high power IGBT converters, EPE Journal, Vol. 5, no 3/4, January 1996, 11-16

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[8] K. Schoo, W. Rusche: Smart Solution for the Next Generation of Power Electronics Systems, Bodo´s Power Systems, February 2020, 20-22

[9] W. Rusche, N. Heuck: Lifetime Analysis of PrimePACK™ Modules with IGBT5 and .XT, Bodo´s Power Systems, July 2016, 18-21

射频微波晶体管@@@@的@@发展现状及@@分析@@

judy — Thu, 20 Oct 2022 08:08:26 +0000

作者@@：南敬昌@@，黎淑兰@@，刘元安@@，唐碧华@@，来源@@@@：趋势与@@展望@@

对@@当@@前@@各种类型@@@@@@射频微波晶体管@@@@的@@结@@构@@特点@@、性能@@和@@应用@@情况进行了分析和@@综述@@。对@@晶体管@@的@@发展历史进行了全面而@@细致的@@回顾@@，指明了今后射频微波晶体管@@@@的@@发展特点和@@发展趋势@@，得出了射频微波晶体管@@@@的@@选型@@原则@@@@。

1 引@@ 言@@

半导体技术@@的@@发展@@，促进了射频微波功率@@器件@@@@的@@发展@@，从@@而@@也为@@无线@@通信系统@@发射前端提供@@了保证@@。功率@@放大器@@作为@@@@无线@@通信前端发射模块@@的@@@@关键器件@@@@，经历了四个@@阶段@@：分别是@@@@应用@@瞬态放电@@、电弧放电和@@振荡放电的@@放大器@@，电子@@管@@放大器@@、分立@@晶体管@@和@@集@@成晶体管@@放大器@@。功率@@放大器@@的@@发展趋于向@@小@@型@@@@化@@@@、集@@成化@@、宽带化@@、线@@性化@@、高功率@@低@@电压@@的@@方向@@发展@@，使得整个@@发射模块@@能够集@@成到@@一个@@芯@@片@@上@@@@，同时@@@@做到@@低@@功耗@@、高线@@性@@、高频@@率应用@@的@@目的@@@@。对@@于@@放大器设计者和@@系统@@设计者来说@@@@，选用什么类型@@@@的@@晶体管@@@@和@@功率@@放大器@@是@@影响放大器性能@@和@@系统@@性能@@的@@重要@@因素@@。20 世纪@@60～80年@@代@@@@，晶体管@@的@@类型@@@@比@@较单@@一@@，主要@@是@@@@B J T 和@@MESFET，选择@@类型@@@@比@@较容易@@，但@@实现@@功能比@@较单@@一@@，频率@@范围也比@@较小@@@@@@。80 年@@代@@@@以@@后@@，不同@@类型@@@@晶体的@@研制成功@@，实现@@功能和@@使用@@的@@频率@@@@范围进一步扩大@@，选用不同@@类型@@@@的@@@@晶体管@@和@@不同@@应用@@场合的@@功率@@放大器@@变得比@@较困难@@，设计工程师必须对@@各种类型@@@@@@的@@晶体管@@@@及@@其@@@@性能@@有比@@较清楚的@@认识@@，才能做出正确的@@判断@@。本文就@@是@@@@基@@于@@此目的@@@@，对@@射频微波用晶体管@@的@@类型@@@@@@、历史进程和@@发展趋势进行综述@@，使相关@@领域@@人员对@@目前@@各种类型@@@@@@的@@晶体管@@@@有一个@@比@@较清楚的@@认识@@，从@@而@@对@@选型@@做出正确的@@判断@@。

2 类型@@@@与@@性能@@分析@@

射频微波晶体管@@@@分为@@双极@@晶体管@@@@和@@单@@极晶体管@@@@。双极@@晶体管@@@@是@@指@@pnp 或@@npn 型@@这类有两种极性不同@@的@@@@载流子参与@@导电@@机@@构的@@晶体管@@@@@@，也称晶体三极管@@@@@@（BJT）。单@@极晶体管@@只有一种载流子参与@@导电@@机@@构@@，通常@@指场效应@@晶体管@@@@@@（F E T ）。另外@@两种扩展@@类型@@@@的@@晶体管@@@@就@@是@@@@异质结@@@@双极@@晶体管@@@@@@@@（H B T ）和@@高电子@@迁移率晶体管@@@@（H E M T ），它们也分别属于@@双极@@晶体管@@@@和@@场效应@@晶体管@@@@@@。下@@面@@分别对@@这几种@@类型@@@@的@@晶体管@@@@及@@引@@申类型@@@@进行描述和@@性能@@分析@@。

2.1 双极@@结@@型@@晶体管@@@@（BJT）

硅@@双极@@晶体管@@@@是@@最早的@@固态射频功率@@器件@@@@@@，由@@于@@双极@@晶体管@@@@是@@纵向@@器件@@@@，基@@极击穿电压@@和@@功率@@密度都很高@@。硅@@基@@@@双极@@晶体管@@@@通常@@工作于@@@@28 V电压@@下@@@@，频率@@可达@@5GHz，尤其@@可应用@@在@@高功率@@@@（1kW）脉冲雷达中@@@@。硅@@基@@@@射频功率@@器件@@@@除了在@@高频@@率上@@有高增益外@@，其@@他属性与@@普通双极@@晶体管@@@@一样@@。BJT 的@@正温度系数往往会导致电流@@上@@翘@@、预热@@效应@@和@@击穿效应@@@@，因此@@必须仔细调整基@@极偏压@@。特征频率@@@@fT反映了晶体管@@的@@微波放大性能@@@@，它是@@当@@共发射极短路@@电流@@增益@@|hfe|=1的@@频率@@@@。分析可知@@@@，晶体管@@的@@特征@@频率@@@@与@@其@@结@@构@@参数密切相关@@@@。为@@了提高@@@@fT，应对@@晶体管@@的@@设计@@和@@工艺@@采取一些措施@@，如@@减小@@@@发射极面积@@、减小@@@@基@@区宽度或@@适当@@选择@@基@@区掺杂浓度@@，从@@而@@减小@@@@发射极到@@集@@电极@@总的@@时@@延@@。但@@它总会受到@@工艺@@条件的@@限制@@，因此@@微波双极@@晶体管@@@@的@@特征@@频率@@@@不可能很高@@。当@@要@@求频率@@更高时@@@@，场效应@@管@@将@@显得更加优越@@。

2.2 场效应@@晶体管@@@@（FET）

FET 属于@@电子@@半导体器件@@@@，源@@极和@@漏极@@之间@@形成沟道@@@@，沟道@@内的@@载流子传导受控于栅@@极@@电压@@形成的@@沟道@@电场@@。JFET 主要@@应用@@于@@@@分立@@@@188足彩外围@@app 电路@@，小@@信号@@应用@@@@M O S 管@@，功率@@放大用@@L D M O S 和@@G a A sMESFET ，其@@中@@@@GaAs MESFET 可用于@@低@@功率@@放大@@，也可用于@@高功率@@放大@@。金属氧化物半导体@@场效应@@晶体管@@@@@@@@（MOSFET）用绝缘栅@@构建而@@成@@，大多是@@采用@@双向@@扩散工艺@@生产的@@@@。由@@于@@绝缘栅@@不传导直流@@电流@@@@，偏置容易@@，负温度系数使漏电流@@随温度升高@@而@@减小@@@@@@，防止了热@@击穿并允许@@多个@@管@@子并联@@。基@@极无电荷@@存储@@加快了开关速度@@，消除了副谐波振荡@@。纵向@@射频功率@@@@MOSFET 应用@@于@@VHF 和@@UHF 频段@@。Gemini 封装@@器件@@在@@@@HF 波段@@发送功率@@@@1kW，在@@VHF 波段@@可以@@发送几百瓦@@。VMOS 管@@通常@@工作电压@@为@@@@@@12，28 或@@50V。

LDMOS 主要@@应用@@于@@@@UHF 和@@微波频率@@低@@端@@，因为@@@@源@@端直接接地消除了焊接线@@电感@@，这样@@不会产生@@负反馈@@，减少高频@@段的@@增益@@。LDMOS 器件@@通常@@工作电压@@为@@@@@@28 V，频率@@2 GHz，可获得输出功率@@@@120W。和@@该频率@@范围内的@@其@@他器件@@相比@@@@@@，这种器件@@成本较低@@@@，同时@@@@具有@@高功率@@增益@@、高效@@率@@、线@@性度好@@、单@@工作电压@@和@@固有良好热@@结@@构@@等@@优点@@，因此@@它是@@目前@@@@900 MHz和@@2 GHz频率@@上@@高功率@@晶体管@@优先选择@@的@@@@器件@@@@。

功率@@应用@@结@@型@@场效应@@晶体管@@@@@@（JFET）通常@@也叫作静态感应晶体管@@@@（SIT）。基@@于@@Si，SiGe 和@@SiC，UHF 频段@@上@@的@@射频@@JFET 可以@@获得良好的@@功率@@和@@效率@@。JFET目前@@在@@微波与@@射频集@@成电路@@中@@@@很少使用@@@@，因为@@@@它的@@截止频率@@低@@且跨导和@@夹断@@电压@@离散性大@@。

GaAs 金属半导体@@FET（GaAs MESFET）是@@具有@@@@GaAs 基@@和@@@@肖特基@@栅@@结@@的@@@@JFET。它们比@@@@Si 基@@器件@@迁移率高@@，能够高效@@地工作在@@较高频@@率上@@@@。GaAs MESFET 广泛应用@@于@@微波功率@@放大@@，封装@@形式@@2 GHz 频率@@上@@达到@@@@@@@@200 W，20 GHz 上@@达到@@@@@@40 W。与@@MOSFET 或@@JFET 相比@@@@，有较低@@的@@夹断@@电压@@@@，通常@@工作于@@5～10 V。大多数@@MESFET 是@@耗尽型@@器件@@@@@@，需要@@负栅@@极@@偏压@@。由@@于@@输入电容@@随电压@@变化@@，其@@线@@性度较差@@，输出电容@@也随偏压和@@频率@@而@@变化@@。提高@@fT需要@@提高@@跨导@@gm和@@减小@@@@栅@@源@@之间@@的@@分布电容@@@@Cgs，栅@@源@@分布电容@@可以@@通过@@缩短栅@@长获得@@，因此@@短栅@@能够改善微波场效应@@管@@的@@高频@@性能@@@@。

2.3 HFET/HEMT）

异质结@@@@是@@@@20世纪@@80年@@代@@@@发展起来的@@新型@@@@@@半导体材料@@，其@@工作频率@@@@已进入毫米波段@@@@，且噪声低@@@@、功率@@大@@，是@@微波功率@@所必需的@@器件@@@@@@。异质结@@@@是@@@@由@@两种不同@@的@@@@半导体材料构成的@@结@@@@，微波波段@@的@@@@异质结@@@@通常@@是@@@@AlGaAs/GaAs 或@@InGaAs/GaAs。HFETs 和@@HEMT 是@@属于@@异质结@@@@@@MESFET，其@@结@@构@@是@@在@@@@半绝缘@@GaAs 衬底@@上@@@@生长一层未掺杂的@@@@GaAs，再生长一层@@n-AlGaAs，形成异质结@@@@@@，然后在@@@@AlGaAs 上@@分别制作肖特基@@结@@和@@欧姆接触@@，引@@出源@@@@、栅@@、漏三个@@电极@@。在@@异质结@@@@中@@@@G a A s 一侧有一层二维电子@@气@@（2 D E G ），由@@于@@G a A s 中@@不含电离施主@@，电子@@所受的@@散射将@@大大减小@@@@@@，从@@而@@导致很高的@@迁移率@@，进而@@改善了高频@@性能@@@@。

赝配@@H E M T（P H E M T）通过@@采用@@@@I n G a A s 沟道@@进一步改善了基@@本的@@@@HEMT。就@@GaAs 来说@@，In所增加的@@迁移率增加了带隙的@@不连续性@@，进而@@增加了大量的@@二维电子@@气内载流子@@。然而@@@@，InGaAs 沟道@@和@@@@GaAs 基@@片之间@@的@@晶格失配也会增加@@，这限制了@@In 的@@含量只能达到@@@@@@@@22%。使用@@PHEMT 功率@@放大器@@效率@@45 GHz 后开始下@@降@@，PHEMT 可以@@应用@@的@@频率@@@@高达@@@@80 GHz。功率@@输出从@@@@L 波段@@的@@@@40 W 到@@V 波段@@的@@@@100 mW。InP HEMT 是@@将@@@@AlInAs/GaInAs 异质结@@@@置于@@InP 衬底@@上@@@@，晶格匹配程度较高@@，允许@@In的@@含量达到@@@@约@@50%。迁移率更高@@，依次增加了电子@@速度@@、导带不连续性@@、二维电子@@气和@@高跨导@@。InP HEMT 通常@@比@@@@PHEMT 和@@GaAs HEMT 的@@效率提高@@两倍@@@@。

变质@@H E M T （M H E M T ）是@@使高@@I n 含量的@@沟道@@建立在@@@@GaAs 衬底@@上@@@@。高的@@电子@@迁移率和@@高峰值饱和@@速率能够产生@@比@@@@P H E M T 器件@@更高的@@@@增益@@。M H E M T 由@@于@@相当@@低@@的@@击穿电压@@@@（＜ 3 V ）一般在@@较低@@功率@@应用@@@@。

2.4 异质结@@@@双极@@晶体管@@@@@@（HBT）

通常@@情况下@@@@，HBT 是@@基@@于@@混合物半导体材料@@AlGaAs/GaAs。AlGaAs 发射结@@做的@@尽可能窄以@@减小@@@@基@@极电阻@@@@。基@@极是@@@@p 型@@掺杂@@ GaAs 薄层@@，势垒由@@异质结@@@@@@（A l G a A s / G a A s）产生@@，因此@@，基@@极掺杂可以@@减小@@@@其@@电阻@@@@。目前@@，AlGaAs/GaAs HBT能够产生@@几瓦的@@功率@@输出@@@@，广泛地应用@@在@@无线@@手机中@@@@，同时@@@@GaAs HBT 也应用@@在@@频率@@@@@@X 波段@@MMIC 电路@@中@@@@，甚至@@高达@@@@20 GHz 功率@@放大器@@中@@@@。

SiGe HBT 是@@使用@@@@SiGe 衬底@@，增加了工作频率@@@@@@，减小@@@@了基@@底电阻@@@@。然而@@@@，和@@GaAs HBT 相比@@@@其@@效率和@@夹断@@电压@@较低@@@@。报道的@@@@SiGe HBT 在@@L 波段@@输出功率@@超过@@了@@200 W。

InP HBT 使用@@InP 衬底@@，进一步提高@@了迁移率@@，从@@而@@提高@@了高频@@性能@@@@。另外@@，InP HBT 有低@@的@@开启电压@@和@@膝电压@@@@，这能够产生@@高的@@增益和@@效率@@。集@@电结@@中@@的@@@@@@InP 增加了击穿电压@@@@，能够产生@@高的@@输出功率@@@@@@。目前@@为@@止@@，已经展示了频率@@为@@@@20 GHz大约@@0.5 W的@@功率@@输出@@，但@@是@@@@可以@@预料工作在@@@@50～60 GHz 是@@有可能的@@@@。

2.5 宽带隙@@晶体管@@@@

SiC MESFET的@@宽带隙@@能够产生@@高的@@迁移率和@@大的@@夹断@@电压@@@@。因此@@，SiC MESFET 具有@@和@@@@GaAsM E S F E T 一样的@@频率@@@@响应@@，但@@是@@@@夹断@@电压@@是@@@@S iLDMOS 的@@两倍@@@@。产生@@10 W/mm 的@@功率@@密度@@，是@@GaAs MESFET 的@@10 倍@@。SiC 衬底@@的@@高热@@电导率尤其@@适用于@@高功率@@应用@@@@。SiC MESFET 通常@@工作在@@@@48V 的@@供电电压@@@@下@@@@。当@@前@@可以@@得到@@@@@@@@10 W功率@@输出的@@器件@@@@@@，60 W 或@@者@@更高已经在@@实验室得到@@@@验证@@。

3 射频微波晶体管@@@@的@@历史进程@@

自从@@@@1947年@@发明了双极@@结@@型@@晶体管@@@@以@@后@@，器件@@工程师投入了很大精力@@，以@@提高@@射频晶体管@@的@@速度和@@工作频率@@@@@@。50年@@代@@@@开发了第一个@@频率@@为@@@@1 GHz左右@@Ge BJT。之后@@，Si 基@@和@@@@GaAs 基@@ BJT 在@@高频@@段获得应用@@@@。1970 年@@，性能@@好@@的@@@@Si BJT 在@@频率@@@@为@@@@1，2 和@@4 GHz 提供@@的@@最小@@噪声系数分别为@@@@@@1.3，2.6 和@@4 dB，而@@频率@@分别为@@@@@@1.2，2 和@@4 GHz 提供@@的@@输出功率@@@@分别为@@@@@@100，20 和@@5 W。1968 年@@，对@@GaAsBJT 的@@研究@@兴趣变淡@@，更多转到@@了@@GaAs FET 上@@。1966 年@@，C.Mead 提出了第一个@@@@GaAs MESFET，并奠定了在@@射频电子@@领域@@的@@应用@@@@@@。一年@@后@@，报道了@@fmax 为@@3 GHz 的@@晶体管@@@@。1970 年@@，fmax 达到@@@@30 GHz左右@@，超过@@了当@@时@@其@@他类型@@@@的@@晶体管@@@@@@。1973 年@@频率@@达到@@@@@@100 GHz。70年@@代@@@@中@@期@@，低@@噪声和@@功率@@@@GaAsM E S F E T 获得了商用@@。

80年@@代@@@@后@@，随着@@频率@@范围和@@要@@求的@@提高@@@@， IIIVHEMT 和@@III-V HBT 获得发展@@。70 年@@代@@@@后@@期@@，贝尔实验室通过@@实验将@@未掺杂的@@@@GaAs 和@@n 型@@掺杂@@的@@@@AlGaAs 组成外延生长异质结@@@@构@@，证实了二维电子@@气@@（2DEG）的@@存在@@@@。2DEG 的@@电子@@迁移率比@@@@GaAs的@@要@@高很多@@。因此@@，工程师对@@利用@@高电子@@迁移率的@@@@2DEG开发晶体管@@结@@构@@产生@@了较大的@@兴趣并进行了大量的@@研究@@@@。早期的@@@@HEMT 是@@由@@@@AlGaAs/GaAs 异质结@@@@材料组成@@，具有@@比@@@@GaAs MESFET 好的@@射频性能@@@@，尤其@@是@@@@在@@最小@@噪声系数和@@输出功率@@方面@@，但@@是@@@@性能@@的@@改善并没有达到@@@@预期效果@@@@。这样@@，80 年@@代@@@@中@@期@@，引@@入了@@AlGaAs/InGaAs 异质结@@@@，这个@@时@@期有两种主要@@类型@@@@的@@@@H E M T ，分别是@@@@A l G a A s /InGaAs/ GaAs 和@@InAlAs/InGaAs/InP HEMT。对@@于@@In0.2Ga0.8As 异质结@@@@，就@@形成了@@GaAs PHEMT。GaAs PHEMT 在@@90 年@@代@@@@早期@@开始商用化@@，目前@@广泛应用@@于@@低@@噪声和@@功率@@@@放大@@。InP HEMT 比@@GaAspHEMT 性能@@更优@@，并随着@@技术@@的@@成熟得到@@@@更广泛的@@应用@@@@@@。

双极@@晶体管@@@@的@@异质结@@@@想法几乎和@@双极@@晶体管@@@@同时@@@@出现@@。1948 年@@，W.Skockldy 阐述了由@@宽带隙@@发射极和@@窄带隙基@@区组成双极@@晶体管@@@@的@@优势@@@@。这种结@@构@@@@，HBT 能获得高的@@@@fT 和@@fmax。随着@@外延生长技术@@的@@改进@@，尤其@@是@@@@分子束外延@@（M B E ），能获得高质量的@@异质结@@@@构@@。80 年@@代@@@@早期@@出现了@@GaAs HBT，目前@@具有@@@@AlGaAs 和@@InGaP 发射极的@@@@GaAs HBT 已经商用化并大量用于无线@@通信的@@功率@@放大@@。在@@开发@@InP HBT 上@@也投入了大量的@@工作@@，InP HBT 具有@@比@@@@GaAs HBT 更高的@@@@fT 和@@fmax。另外@@，出于对@@成本的@@考虑@@，在@@满足性能@@的@@情况下@@@@，用硅@@基@@@@器件@@代@@替化合物半导体器件@@是@@研究的@@一个@@方向@@@@，因此@@使用@@@@硅@@基@@@@开发了@@SiGe HBT器件@@，由@@SiGe 基@@极层嵌入到@@@@Si发射结@@和@@@@Si集@@电结@@之间@@形成@@。1987年@@开发了第一个@@@@SiGeHBT，目前@@先进的@@@@SiGe HBT 的@@fT 和@@fmax 能达到@@@@@@200GHz。

90 年@@代@@@@晶体管@@的@@研究@@朝三个@@方向@@方向@@发展@@：一个@@是@@@@Si MOSFET，主要@@是@@@@连续尺度缩小@@和@@短栅@@@@SiMOS 工艺@@的@@日益成熟使得其@@在@@@@GHz 较低@@段成为@@主要@@应用@@对@@象@@，比@@如@@@@频率@@为@@@@2.5 GHz 的@@LDMOSFET 和@@小@@信号@@@@RFCMOS 电路@@已经获得商用@@。第二个@@方向@@是@@宽带隙@@半导体的@@研究@@@@，如@@SiC 和@@III 氮化物@@，以@@大功率@@@@输出为@@目的@@@@，主要@@器件@@有@@SiC MESFEF 和@@AlGaN/GaN HEMT，SiC MESFET 已经获得商用化@@，fT 和@@fmax 超过@@100 GHz 的@@AlGaN/GaN HEMT 同时@@@@具有@@高输出功率@@密度也被报道@@。第三个@@方向@@是@@变质@@@@HEMT（G a A s M H E M T ）的@@研究@@。

经过@@RF 晶体管@@近@@40 多年@@的@@发展@@，工作频率@@@@连续提高@@@@，这主要@@是@@@@通过@@缩小@@关键器件@@的@@尺寸@@@@，引@@入异质结@@@@和@@利用@@新型@@@@半导体材料获得的@@@@。最近几年@@的@@研究@@@@，也是@@在@@@@以@@前研究的@@基@@础上@@@@，不断改进工艺@@@@，优化结@@构@@@@，加入新型@@@@材料以@@及@@@@降低@@成本@@。Yi-FengWu等@@人@@报道了@@频率@@为@@@@8 GHz、功率@@密度为@@@@9.8 W/mm 的@@AlGaN/GaN HEMT。K. K. Chu 等@@人@@实现@@了独立的@@@@GaN介质上@@功率@@密度为@@@@@@9.4W/mm的@@AlGaN/GaN HEMT，其@@中@@@@工作电压@@为@@@@@@50V，工作频率@@@@为@@@@10GHz，相应的@@功率@@附加效率为@@@@40%。J. S. Moon报道了@@用于厘米波高性能@@的@@凹陷栅@@@@AlGaN/GaNH E M T，工作频率@@@@3 0 G H z，连续波功率@@密度为@@@@@@5.7W/mm，PAE 为@@45%，漏极@@效率为@@@@58%，Vds 为@@20 V。A. Minko等@@人@@则@@验证了一种以@@高阻抗硅@@为@@基@@底的@@@@0.17 μ m T 型@@栅@@长度的@@@@AlGaN/GaN HEMT。Keith Nellis等@@人@@对@@线@@性手机功率@@放大器@@双极@@技术@@进行比@@较@@，分别为@@@@GaAs HBT，Si BJT，SiGe HBT和@@InP HBT。Zoran Radivojevic等@@人@@[6]提出了为@@了改善@@LDMOS 性能@@的@@新型@@@@@@材料层状铜@@，提高@@了器件@@的@@热@@性能@@和@@热@@传导率@@。

4 展望与@@结@@论@@@@

通过@@以@@上@@@@对@@射频微波晶体管@@@@的@@回顾@@，可以@@看到@@@@，各种类型@@@@@@、不同@@频率@@@@、不同@@性能@@的@@晶体管@@@@不断地被开发研制成功@@。与@@过去相比@@@@@@，在@@设计放大器时@@@@，有了更多的@@选择@@@@，但@@选择@@的@@@@难度也加大了@@。过去这种技术@@很多是@@应用@@到@@军事上@@@@，设计时@@只考虑性能@@而@@不考虑成本@@，而@@目前@@更多的@@用于民用@@，需要@@在@@满足性能@@的@@情况下@@@@获得最低@@的@@成本@@。从@@技术@@发展的@@形势看@@，晶体管@@的@@研究@@和@@应用@@主要@@从@@几个@@方面@@发展@@：大用户市场@@（工作频率@@@@在@@@@2.5 GHz 以@@下@@@@），以@@Si MOSFET，Si CMOS，BiCOMS，SiGe HBT等@@为@@主要@@发展和@@研究对@@象@@，主要@@是@@@@其@@低@@成本的@@优势@@@@，这主要@@利用@@先进的@@工艺@@技术@@克服硅@@基@@@@半导体所固有的@@缺陷@@，改进性能@@@@，满足该类晶体管@@的@@放大要@@求@@。文献@@都对@@@@CMOS晶体管@@及@@其@@@@放大器进行了比@@较和@@报道@@。在@@频率@@@@2.5 GHz 以@@上@@@@，主要@@应用@@和@@研究对@@象属于@@@@GaAs 基@@晶体管@@@@，包括@@有@@（MESFET，H E M T ，H B T 等@@）。超过@@4 0 G H z 频率@@高性能@@的@@应用@@@@主要@@采用@@@@InP 基@@晶体管@@@@。后两种晶体管@@通常@@采用@@异质结@@@@构@@、In 含量的@@掺杂浓度@@、以@@及@@@@栅@@极@@尺寸@@等@@来改善晶体管@@的@@性能@@@@，比@@如@@@@功率@@密度@@、晶体管@@特征频率@@@@等@@@@。文献@@报道了@@工作频率@@@@在@@@@@@100GHz左右@@的@@@@H E M T 。从@@材料价格考虑@@，以@@上@@@@三种是@@逐步增大@@。以@@宽带隙@@半导体@@（S i C ，G a N ）作为@@@@基@@底的@@晶体管@@@@也取得了进展@@，K. K. Chu 等@@人@@报道了@@这种类型@@@@的@@晶体管@@@@@@。作为@@@@一个@@放大器设计或@@者@@是@@系统@@设计工程师@@，应该对@@射频微波晶体管@@@@有一个@@全面的@@了解@@@@，在@@选择@@晶体管@@或@@者@@射频微波放大器时@@@@，主要@@考虑的@@因素有工作频率@@@@@@、性能@@要@@求及@@成本@@，有时@@基@@本满足性能@@要@@求的@@情况下@@@@，成本是@@第一要@@考虑的@@@@。要@@根据@@实际情况作出恰到@@好处的@@选择@@@@。随着@@工艺@@技术@@的@@提高@@@@，Si基@@晶体管@@@@与@@相应的@@放大器适用频率@@和@@应用@@范围会不断扩大@@，越来越多的@@性能@@极佳@@、成本较低@@的@@@@Si基@@晶体管@@@@被研制出来@@。适用更高性能@@@@、更高频@@率的@@晶体管@@@@也会获得进一步的@@发展@@，成本也会随着@@工艺@@的@@日益成熟而@@下@@降@@。

随着@@第三代@@@@移动@@通信系统@@的@@迅速发展@@，通信设备中@@的@@@@半导体器件@@的@@选择@@成为@@主要@@的@@问题@@。几年@@前@@，无线@@通信设备所用@@的@@半导体器件@@多为@@@@G a A sMESFET。目前@@无线@@通信系统@@用的@@器件@@@@种类繁多@@，包括@@异质结@@@@双极@@晶体管@@@@@@@@、赝配@@高电子@@迁移率晶体管@@@@、各类锗@@-硅@@器件@@和@@横向@@扩散金属@@-氧化物半导体@@（L D M O S ）器件@@等@@@@。最近两年@@@@，很多半导体公司@@如@@@@freescale 对@@LDMOS 器件@@做了大量的@@研究@@@@，已对@@@@GaAs 和@@Si 双极@@器件@@构成很大威胁@@，并已成为@@基@@站功率@@放大器@@的@@重要@@选择@@@@。移动@@电话领域@@的@@主导器件@@仍是@@@@MESFET 功率@@放大器@@，但@@最新统计数字显示@@，MESFET 无线@@功率@@器件@@@@的@@市场份额正在@@逐渐减少@@。可能取代@@@@MESFET 用于下@@一代@@手机@@，最有竞争实力的@@应是@@@@GaAs HBT。SiGe 是@@另一种具有@@多种不同@@形式的@@工艺@@技术@@@@。SiGe 具有@@极佳的@@噪声系数@@，可以@@在@@@@一块芯@@片@@上@@集@@成低@@噪声放大器和@@中@@频@@@@／混频器芯@@片@@@@。在@@低@@噪声放大器@@、中@@频@@、混频器和@@@@VCO 领域@@，SiGe 有望与@@@@GaAs 展开竞争@@。

东芝@@推出@@智能@@栅@@极@@驱动@@@@@@光耦@@@@，有助于简化功率@@器件@@@@的@@外围电路@@设计@@

judy — Wed, 31 Aug 2022 06:57:17 +0000

东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@（“东芝@@”）宣布扩大其@@智能@@栅@@极@@驱动@@@@@@光耦@@产品@@线@@@@，推出@@一款@@输出电流@@@@为@@@@2.5A的@@智能@@栅@@极@@驱动@@@@@@光耦@@@@---“TLP5222”。这是@@@@一种可为@@@@MOSFET或@@IGBT等@@功率@@器件@@@@提供@@过流@@保护@@的@@隔离栅@@极@@驱动@@@@@@@@IC，内置@@保护操作自动@@恢复的@@功能@@。该产品@@于今日开始出货@@。

TLP5222持续监测其@@驱动@@@@的@@功率@@器件@@@@的@@漏极@@@@-源@@极电压@@@@（VDS）[1]或@@集@@电极@@@@-发射极电压@@@@（VCE）[2]。内置@@的@@过流@@检测与@@保护功能@@可检测出功率@@器件@@@@中@@因过流@@导致的@@任何@@VDS或@@VCE上@@升@@，并执行软关断@@@@。

此外@@，这种新型@@@@光耦@@还内置@@自动@@恢复功能@@，在@@触发保护操作后@@25.5μs（典型@@@@值@@）将@@光耦@@重置到@@正常工作状态@@。这简化了控制@@器中@@的@@@@序列设置@@。它还集@@成了隔离故障状态反馈功能@@，一旦检测出过流@@即@@可向@@控制@@器发送故障信号@@@@，同时@@@@有源@@@@米勒钳位@@@@功能@@可防止上@@下@@桥臂@@功率@@器件@@@@发生短路@@@@[3]，帮助简化设计@@，并减少外部电路@@@@。

与@@此同时@@@@@@，TLP5222采用@@SO16L封装@@，可确保@@8mm（最小@@值@@）的@@爬电距离@@@@和@@电气@@间隙@@，适用于@@需要@@实现@@较高绝缘性能@@的@@设备@@。此外@@，其@@额定工作温度@@范围为@@@@-40℃至@@110℃，适用于@@恶劣温度环境下@@的@@各类应用@@@@，如@@光伏@@发电系统@@和@@不间断电源@@@@@@@@（UPS）。

该系列@@产品@@@@还包括@@@@TLP5212、TLP5214A和@@TLP5214。这三款@@产品@@不具备内置@@的@@自动@@恢复功能@@，但@@是@@@@通过@@输入@@LED的@@信号@@也可以@@将@@其@@重置回正常运行@@，用户可以@@针对@@@@具体的@@使用@@条件选择@@合适产品@@@@。

短路@@示例@@

应用@@：

MOSFET／IGBT栅@@极@@驱动@@@@@@

工业@@变频器@@和@@交流@@伺服器@@@@

可再生能源@@逆变器@@@@（光伏@@（PV）逆变器@@等@@@@）

开关电源@@@@@@（UPS等@@）

特性@@：

内置@@保护操作自动@@恢复功能@@

峰值输出电流@@@@@@额定值@@@@：IOPH／IOPL＝±2.5A

内置@@过流@@检测@@、隔离故障状态反馈和@@有源@@@@米勒钳位@@@@等@@保护功能@@@@@@

采用@@SO16L封装@@，确保了@@8mm（最小@@值@@）的@@爬电距离@@@@和@@电气@@间隙@@

主要@@规格@@：

（除非另有说明@@，Ta＝40℃至@@110℃）

器件@@型@@号@@			TLP5222
封装@@	名称@@		SO16L
	尺寸@@（mm）		10.3×10（典型@@@@值@@）厚度@@：2.3（最大值@@）
绝对@@最大@@ 额定值@@	工作温度@@Topr（℃）		-40至@@110
	峰值输出电流@@@@@@IOPH／IOPL（A）		±2.5
建议工作条件@@	输出侧总供电电压@@@@@@（VCC2−VEE）（V）		15至@@30
	故障反馈@@IC供电电压@@@@VCC1（V）		2.7至@@5.5
电气@@特性@@@@	供电电流@@@@ICC2H，ICC2L最大值@@（mA）		5
	阈值输入电流@@@@（L／H）IFLH最大值@@（mA）		6.0
	DESAT阈值电压@@@@VDESAT典型@@@@值@@（V）		6.6
开关特性@@@@	传输延迟时@@间@@tpHL，tpLH最大值@@（ns）		250
	DESAT输入静音时@@间@@tDESAT(MUTE)典型@@@@值@@（μs）		25.5
	共模瞬态抑制@@ CMH、CML最小@@值@@（kV/μs）	@Ta＝25℃， CF＝Open	±25
		@Ta＝25℃， CF＝1nF	±50
隔离特性@@@@	隔离电压@@@@BVS最小@@值@@（Vrms）	@Ta＝25℃	5000
库存查询与@@购买@@			在@@线@@购买@@

注@@：

[1] 适用于@@功率@@@@MOSFET

[2] 适用于@@IGBT

[3] 某些功率@@器件@@@@在@@启动@@上@@下@@桥臂@@功率@@器件@@@@的@@开关过程中@@@@，米勒电流@@产生@@噪声或@@引@@起这些@@功率@@器件@@@@故障的@@现象@@。

如@@需了解@@@@相关@@新产品@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

TLP5222

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/optoelectronics/photorelay-mosfet-output/detail.TLP5222.html

如@@需了解@@@@相关@@东芝@@智能@@栅@@极@@驱动@@@@@@光耦@@的@@更多信息@@@@@@，请参考以@@下@@@@应用@@说明@@@@：

Smart Gate Driver Photocoupler TLP5214A/TLP5214/TLP5212/TLP5222 Application Note -Introduction-

https://toshiba-semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=15422

Smart Gate Driver Photocoupler TLP5214A/TLP5214/TLP5212/TLP5222 Application Note Advanced edition

https://toshiba-semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=30773

如@@需了解@@@@相关@@隔离器@@@@／固态继电器@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

隔离器@@／固态继电器@@

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/isolators-solid-state-relays.html

如@@需了解@@@@相关@@新产品@@在@@线@@分销商网@@站的@@供货情况@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：

TLP5222

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/where-to-buy/stockcheck.TLP5222.html

*本文提及@@的@@公司@@名称@@@@、产品@@名称@@和@@服务名称@@可能是@@其@@@@各自公司@@的@@商标@@。

*本文档中@@的@@@@产品@@价格和@@规格@@、服务内容和@@联系方式等@@信息@@，在@@公告之日仍为@@最新信息@@，但@@如@@有变更@@，恕不另行通知@@。

关于@@东芝@@电子@@@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@

如@@需了解@@@@有关东芝@@电子@@@@@@188足彩外围@@app 及@@存储@@装置株式会社@@的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以@@下@@@@网@@址@@：https://toshiba-semicon-storage.com

浅谈驱动@@@@芯@@片@@@@的@@绝缘安规@@标准@@@@

judy — Fri, 22 Jul 2022 01:23:44 +0000

作者@@：郑姿清@@、王丹@@，英飞凌@@工业@@半导体@@微信公众号@@@@

为@@什么要@@遵循安规@@@@？

众所周知@@，各个@@行业各个@@领域@@都有其@@需要@@遵循的@@标准@@规范@@@@，一般会对@@其@@产品@@需要@@达到@@@@的@@使用@@条件提出各方面的@@要@@求@@。诸如@@电机@@驱动@@@@@@@@、光伏@@、乘用汽车@@等@@都有各自的@@应用@@@@规范@@@@，而@@每个@@零部件也有@@相应的@@规范@@认证@@@@。前者属于@@应用@@安全@@标准@@@@，而@@后者属于@@产品@@安全@@标准@@@@。

对@@于@@电气@@设备和@@电子@@元器件@@的@@应用@@@@而@@言@@@@@@，当@@人体触及@@带电物体会产生@@电流@@流经身体@@，这就@@是@@@@触电@@。至@@于触电造成的@@伤害有多大和@@产生@@的@@电流@@大小@@以@@及@@@@承受时@@间都有关系@@，严重的@@会导致伤残甚至@@死亡@@。即@@使是@@相同的@@@@电压@@@@，人体的@@等@@效电阻@@也会受湿度@@、鞋袜或@@者@@环境粉尘含量等@@因素影响导致不同@@的@@@@电流@@@@。出于保护与@@其@@接触的@@人员的@@生命安全@@考量@@，对@@于@@高于@@24V的@@电压@@往往需要@@提供@@相应的@@绝缘保护@@。比@@如@@@@大家熟悉的@@国际标准@@@@IEC60664就@@对@@在@@海拔@@2000米以@@下@@@@@@，额定电压@@@@1000 V以@@下@@@@的@@低@@压系统@@内设备做出了各种的@@绝缘规则@@要@@求@@。

包括@@设备的@@电气@@间隙@@、爬电距离@@，另外@@它还包括@@与@@绝缘配合有关的@@电气@@测试@@方法@@@@。今天@@我们就@@聊聊驱动@@@@芯@@片@@@@的@@绝缘安规@@标准@@@@，英飞凌@@的@@@@隔离型@@驱动@@@@芯@@片@@@@已全面走入认证@@时@@代@@@@，新出的@@产品@@大都带有各种标准@@认证@@@@，证书可在@@相关@@产品@@的@@网@@页链接上@@下@@载到@@@@，或@@者@@也可以@@需求当@@地英飞凌@@产品@@技术@@支持@@的@@帮助@@。

功率@@半导体驱动@@@@芯@@片@@@@的@@安规@@体系@@

从@@体系上@@看@@，常常会用到@@有@@UL、VDE和@@IEC标准@@。从@@下@@图@@@@看三者的@@演变历史可以@@发现@@， UL对@@于@@驱动@@@@芯@@片@@@@的@@认证@@@@标准@@没有什么变化@@，而@@针对@@@@光耦@@驱动@@@@类产品@@的@@认证@@@@@@IEC60747-5-5和@@VDE0884-5也无明显@@变化@@。只有针对@@@@磁隔和@@容隔驱动@@@@产品@@的@@认证@@@@标准@@在@@@@20年@@里有了较大升级@@@@，对@@产品@@的@@要@@求变得更严苛了@@。从@@原来的@@@@VDE0884-10更替成@@VDE0884-11，首次提出了驱动@@@@器@@件寿命@@需满足预测要@@求@@。在@@2020年@@IEC标准@@大会后@@，推出@@了同样针对@@@@磁隔和@@容隔驱动@@@@产品@@的@@@@IEC60744-17，它是@@以@@@@VDE0884-11为@@模板的@@@@，但@@在@@局放测试@@那块略有不同@@@@，本文后面会提到@@@@。

其@@中@@@@UL的@@绝缘标准@@相对@@简单@@@@，一般会给出@@1分钟和@@@@1秒钟的@@条件下@@需要@@承受的@@电压@@值@@。比@@如@@@@英飞凌@@@@1ED3321产品@@，符合@@UL1577（文件号@@ E311313）下@@VISO为@@5700V的@@要@@求规范@@@@。一般出口美国的@@电子@@产品@@都需要@@有@@UL的@@认证@@@@。

VDE认证@@是@@德国电气@@工程师协会的@@认证@@@@@@，是@@欧洲最有经验的@@也是@@在@@@@世界上@@享有很高声誉的@@认证@@@@机构之一@@。而@@IEC标准@@就@@是@@@@国际电工委员会@@制定的@@标准@@@@。国际电工委员会@@(International Electro technical Commission，简称@@IEC)成立于@@1906年@@，是@@世界上@@成立最早的@@非政府性国际电工标准@@化机构@@，IEC标准@@的@@@@权威性是@@世界公认的@@@@。这两个@@@@体系的@@标准@@对@@于@@绝缘有着细致的@@等@@级@@描述@@，有必要@@在@@这里@@稍微解释一下@@各种绝缘名词@@。

基@@本绝缘@@

基@@本绝缘@@的@@目的@@在@@于为@@防电击提供@@一个@@基@@本的@@保护@@，以@@避免触电的@@危险@@。

►附加绝缘@@：在@@基@@本绝缘@@以@@外@@，再附加的@@绝缘@@，目的@@是@@当@@基@@本绝缘@@失效时@@@@，提供@@另一层的@@绝缘功能@@。
► 双重绝缘@@：双重绝缘@@是@@由@@@@基@@本绝缘@@和@@附加绝缘@@组成的@@防触电措施@@，其@@中@@@@基@@本绝缘@@和@@附加绝缘@@是@@相互独立的@@@@。

加强绝缘@@

等@@效于双重绝缘@@的@@用于防触电的@@单@@一防护措施@@。单@@一防护系统@@可以@@是@@一种绝缘材料@@，也可以@@是@@由@@@@几层@@（几种@@）紧密连接的@@单@@质绝缘体组成@@。但@@和@@双重绝缘@@不同@@之处在@@于@@，其@@不易被划分为@@基@@本绝缘@@和@@附加绝缘@@两部分@@@@，它可能是@@个@@一体成形的@@隔离物@@。

举一个@@简单@@形象的@@例子@@。比@@如@@@@预防新冠病毒@@，带一个@@医用口罩就@@是@@@@基@@本绝缘@@@@，带两个@@@@就@@是@@@@双重绝缘@@@@，其@@中@@@@第二个@@口罩算是@@附加绝缘@@@@，那么@@也可以@@直接带@@N95的@@口罩算加强绝缘@@@@。

而@@且我们常说的@@器件@@@@符合@@加强绝缘@@要@@求是@@有一个@@电压@@限定的@@@@，就@@是@@@@指在@@多少伏的@@电压@@下@@@@器件@@满足加强绝缘@@要@@求@@。用到@@的@@电压@@概念有@@VIORM、 VIOSM和@@VIOTM，定义分别如@@下@@@@@@：

►VIORM: Maximum rated repetitive peak isolation voltage 最大额定可重复隔离电压@@@@@@。比@@如@@@@对@@于@@@@1700V的@@IGBT器件@@，如@@果驱动@@@@芯@@片@@@@符合@@加强绝缘@@的@@话@@@@VIORM >1700V。

► VIOSM: Maximum surge isolation voltage 浪涌隔离电压@@@@@@ （在@@VDE0884-11标准@@里包含两种测试@@工况@@，一个@@是@@@@在@@空气中@@@@，一个@@是@@@@在@@油里@@）。对@@于@@特定@@VIOSM的@@驱动@@@@芯@@片@@@@产品@@必须通过@@@@1.6倍@@的@@该值才能符合@@加强隔离的@@要@@求@@。

► VIOTM: Maximum rated transient isolation voltage 最大瞬态隔离电压@@@@@@ （往往指不可重复出现的@@@@）。这个@@对@@于@@器件@@来说@@的@@话@@还包含了驱动@@@@芯@@片@@@@电气@@间隙和@@内部绑定线@@@@的@@绝缘考量@@。一般实际使用@@的@@时@@候到@@底需要@@多大的@@瞬态隔离电压@@@@@@，和@@工作的@@母线@@电压@@@@以@@及@@@@使用@@工况下@@的@@过压等@@级@@要@@求有关@@，可以@@参考下@@面@@这个@@表@@格@@。举个@@例子@@，系统@@电压@@是@@@@600V的@@话@@，要@@满足过压等@@级@@@@Ⅲ的@@基@@本绝缘@@的@@话@@@@，瞬态隔离电压@@@@就@@是@@@@@@6000V；如@@果需要@@满足过压等@@级@@@@@@Ⅲ的@@加强绝缘@@的@@话@@@@，只要@@选更高一档就@@行@@，往下@@走往右走都可以@@@@，也就@@是@@@@@@8000V，要@@注@@意的@@一点是@@不允许@@插值@@，可以@@就@@高@@。比@@如@@@@碳化硅@@@@@@MOS使用@@在@@@@800V的@@母线@@电压@@@@时@@@@，我们要@@看@@1000V的@@那横栏@@，如@@果需要@@满足等@@级@@@@Ⅱ的@@基@@本绝缘@@那么@@选@@VIOTM达到@@@@6000V的@@就@@可以@@@@，若要@@加强绝缘@@@@，则@@VIOTM得达到@@@@@@8000V；而@@如@@果@@需要@@满足等@@级@@@@@@Ⅲ的@@基@@本绝缘@@要@@达到@@@@@@8000V，这时@@加强绝缘@@的@@话@@@@，VIOTM就@@需要@@达到@@@@@@12000V。英飞凌@@的@@@@驱动@@@@芯@@片@@@@@@1ED3321的@@VIOTM就@@是@@@@8000V，所以@@@@在@@符合@@等@@级@@@@Ⅱ过压的@@应用@@@@里@@，这颗@@器件@@满足高达@@@@1000V的@@加强绝缘@@要@@求@@！

TDDB--随时@@间变化的@@电介质击穿现象@@
那么@@这个@@事关人身安全@@的@@隔离电压@@@@@@，用久了会不会下@@降@@？我们怎么评估它呢@@？在@@上@@面我们有说过@@，和@@之前的@@@@VDE0884-10不同@@，VDE0884-11标准@@里还增加了关于@@绝缘介质寿命@@的@@测试@@模型@@@@@@。就@@是@@@@TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)测试@@。因为@@@@在@@实际@@使用@@@@，受绝缘材料@@、芯@@片@@本体尺寸@@及@@内部结@@构@@和@@长期使用@@温度等@@影响@@，器件@@能承受的@@电压@@应力水平会随着@@时@@间的@@增长有所降额@@。下@@图@@@@就@@是@@@@最大工作电压@@@@（也就@@是@@@@@@上@@面提到@@的@@@@VIORM）和@@使用@@时@@间的@@关系图@@@@。纵坐标是@@出现失效的@@运行时@@间@@，其@@中@@@@黑色的@@粗斜线@@代@@表@@故障率为@@@@1ppm限值@@，可以@@看出@@要@@符合@@@@1ppm的@@话@@，工作电压@@越高@@@@，出现失效的@@时@@间越短@@。

在@@这个@@标准@@里用@@VIORM来作为@@@@寿命@@的@@评估点@@，如@@果是@@加强绝缘@@需要@@@@1.5倍@@的@@裕量系数且满足@@30年@@的@@寿命@@@@，而@@基@@本绝缘@@系数是@@@@1.2和@@24年@@。比@@如@@@@一个@@驱动@@@@芯@@片@@@@宣称符合@@@@VDE0884-11标准@@的@@@@VIORM为@@1700V加强绝缘@@，就@@是@@@@在@@@@2550V的@@VREF下@@对@@应@@30年@@的@@寿命@@@@。所以@@@@说在@@实际@@使用@@中@@@@，如@@果您的@@系统@@@@可重复峰值电压@@更高@@，隔离型@@驱动@@@@芯@@片@@@@依然能提供@@一定的@@绝缘@@，只是@@使用@@@@寿命@@上@@会有影响@@。在@@有些应用@@里@@，当@@隔离驱动@@@@只要@@满足功能隔离要@@求时@@@@，可以@@用在@@更高电压@@@@@@，具体使用@@条件请与@@器件@@供应厂家咨询情况@@。

以@@英飞凌@@的@@@@隔离驱动@@@@芯@@片@@@@@@1ED3321为@@例@@，符合@@VDE0884-11标准@@的@@@@各个@@电压@@参数如@@下@@@@表@@@@。其@@实@@英飞凌@@所有符合@@@@VDE0884-11的@@驱动@@@@芯@@片@@@@产品@@通过@@的@@测试@@都是@@一样的@@@@。

局部放电@@

另外@@，单@@纯看能打多少绝缘电压@@也是@@不够的@@@@。在@@高压@@应用@@场合@@，局部放电@@是@@发生绝缘击穿的@@重要@@原因@@。在@@高压@@强场强下@@@@，如@@果绝缘介质不好比@@如@@@@有些许空气间隙@@，那么@@在@@这些@@薄弱点会出现局部放电@@的@@情况@@，使得绝缘强度很快下@@降@@，这不是@@我们想要@@发生得事@@。而@@局放测试@@正是@@为@@了检验绝缘可靠性的@@重要@@手段之一@@。由@@于@@局部放电@@测量是@@非破坏的@@试验@@，所以@@@@受到@@越来越多的@@青睐@@。根据@@VDE0884-11标准@@的@@@@要@@求@@，凡是@@需要@@符合@@各绝缘要@@求的@@器件@@@@都会进行相关@@的@@绝缘电压@@和@@局放测试@@用以@@筛选合格的@@芯@@片@@@@。两个@@@@测试@@被要@@求合在@@一起进行如@@下@@@@图@@@@所示@@@@@@，其@@中@@@@a是@@型@@式试验@@，b和@@c都是@@例行实验@@，两者取一@@，英飞凌@@选用的@@是@@图@@@@b测试@@方法@@对@@@@所有器件@@做绝缘保证@@。

还是@@以@@英飞凌@@的@@@@隔离驱动@@@@芯@@片@@@@@@@@1ED3321为@@例@@，规格书里给出了@@局放测试@@电压@@值如@@下@@@@@@

无论是@@相比@@@@以@@前的@@标准@@还是@@相比@@@@现行光耦@@驱动@@@@产品@@标准@@@@IEC60747-5，VDE0884-11和@@相似的@@@@IEC60747-17都显得更严苛@@，特别是@@相对@@更高要@@求的@@局放测试@@@@，有助于发现残次品@@，以@@确保在@@出厂商用后的@@产品@@绝缘可靠@@。

结@@论@@

总而@@言@@@@之@@，需不需要@@绝缘@@，要@@基@@本绝缘@@还是@@加强绝缘@@@@，需要@@多少伏电压@@的@@绝缘能力@@@@，都是@@和@@各应用@@领域@@的@@标准@@要@@求相关@@的@@@@。您也可以@@把需求告诉器件@@供应商@@，由@@他们帮助选择@@合适的@@@@、符合@@一定标准@@的@@@@产品@@@@。

成功实现@@功率@@器件@@@@热@@设计@@的@@@@4大步骤@@@@

judy — Wed, 20 Apr 2022 06:04:08 +0000

铁路@@、汽车@@、基@@础设施@@、家电等@@电力电子@@一直在@@与@@我们息息相关@@的@@生活中@@支持@@着我们@@。为@@节省@@能源@@和@@降低@@含碳量@@（实现@@脱碳@@），需要@@高度高效@@的@@电力电子@@技术@@@@。IGBT、SiC、GaN 等@@次时@@代@@功率@@器件@@@@的@@存在@@@@是@@实现@@这一目标@@的@@重要@@一环@@，但@@一旦使用@@不当@@则@@会导致意想不到@@的@@不良或@@降低@@可靠性@@，严重时@@可能会因为@@@@市场不良导致召回@@。其@@中@@@@尤为@@重要@@的@@是@@直接影响可靠性的@@热@@设计@@@@。一旦发生问题@@，则@@可能会需要@@重新进行器件@@选型@@@@，修改基@@板@@布局@@，重新进行散热@@设计@@等@@@@，从@@而@@导致返工工时@@以@@及@@@@成本的@@增加@@。为@@此@@，罗姆准备了一系列@@的@@@@应用@@笔记@@，汇总了与@@热@@设计@@相关@@的@@信息@@，将@@有助于提高@@设备可靠性@@，减少设计返工@@。本白皮书将@@介绍其@@中@@@@的@@部分应用@@笔记@@。

应用@@笔记是@@汇总了用户开发流程各阶段所需的@@技术@@信息的@@文档@@，从@@基@@础到@@实践性内容全方位支持@@客户@@。在@@此@@，将@@分@@ 4 大步骤@@@@介绍为@@成功进行热@@设计@@所准备的@@应用@@@@笔记@@。
步骤@@ 1 学习热@@设计@@的@@基@@础@@
步骤@@ 2 了解@@所使用@@元器件@@的@@热@@特性@@@@
步骤@@ 3 活用热@@仿真@@@@
步骤@@ 4 正确进行热@@测量@@

成功实现@@功率@@器件@@@@热@@设计@@的@@@@4大步骤@@@@

高效@@率@@时@@代@@@@，必须得有它@@！

judy — Tue, 12 Apr 2022 02:28:29 +0000

这是@@@@一个@@效率至@@上@@的@@时@@代@@@@。不管@@是@@工作还是@@生活@@，人们都希望能够在@@有限的@@时@@间内完成更多的@@事情@@，就@@像工作效率是@@评定工作能力@@的@@重要@@指标一样@@，在@@电子@@设备的@@世界里@@，电器的@@电源@@@@效率也是@@评定其@@工作能力@@的@@重要@@指标@@。那么@@，该如@@何提高@@机器设备的@@效率呢@@？最简单@@最直接的@@一种方法@@，莫过于降低@@功率@@损耗@@了@@。

今天@@要@@给大家介绍的@@便是@@东芝@@推出@@的@@一款@@能够降低@@电机@@功率@@损耗@@的@@@@600V小@@型@@@@智能@@功率@@@@器件@@@@@@（IPD）—— TPD4162F。一般来说@@@@，IPD是@@指一种集@@成的@@单@@封装@@或@@单@@芯@@片@@功率@@器件@@@@@@，其@@内部集@@成了功率@@开关@@（功率@@MOSFET），检测及@@控制@@电路@@@@，具备保护功能@@和@@自我诊断功能@@。由@@于@@IPD器件@@具有@@体积@@小@@@@、重量轻@@、性能@@好@@、抗干扰能力@@强@@、使用@@寿命@@长等@@显著优点@@，因此@@被广泛应用@@于@@空调@@@@、空气净化器@@和@@泵@@等@@产品@@@@中@@@@。

TPD4162F采用@@新工艺@@制造@@，与@@东芝@@当@@前@@的@@@@IPD产品@@TPD4152F相比@@@@，可降低@@约@@10%的@@功率@@损耗@@@@，这有助于为@@集@@成该器件@@的@@设备降低@@总体功率@@损耗@@@@。此外@@，该产品@@采用@@小@@型@@@@@@表@@面贴装@@HSSOP31封装@@，体积@@为@@@@17.5mm×11.9mm（典型@@@@值@@），厚度@@为@@@@2.2mm（最大值@@），这可进一步缩小@@电机@@控制@@电路@@@@板的@@尺寸@@和@@高度@@。

不仅如@@此@@，在@@TPD4162F内部具有@@各种控制@@电路@@@@，输出级@@安装了@@IGBT和@@FRD。支持@@从@@霍尔传感器或@@者@@霍尔@@IC直接驱动@@@@带方波输入信号@@的@@直流@@无刷电机@@@@@@，无需@@PWM控制@@IC。与@@此同时@@@@@@，TPD4162F还内置@@了多种保护电路@@@@，有助于减少外围器件@@的@@使用@@@@。

在@@当@@今这个@@倡导节能@@、减排@@、环保的@@大背景下@@@@，智能@@功率@@@@器件@@@@的@@应用@@@@越来越广泛@@，体现出了巨大的@@应用@@@@价值@@。本文中@@的@@@@东芝@@@@TPD4162F具备极高的@@集@@成度和@@出色的@@@@性能@@@@，集@@“智能@@、高效@@、小@@型@@@@化@@”于一身@@，满足市场发展需求@@。未来@@，东芝@@也会基@@于@@自身的@@技术@@经验@@，推出@@更多先进的@@产品@@与@@方案@@@@，赋能各行各业@@。

文章来源@@@@@@：东芝@@半导体@@

IGBT和@@MOSFET该用谁@@？你选对@@了吗@@？

judy — Fri, 04 Mar 2022 06:53:16 +0000

作者@@ Doctor M，文章来源@@@@@@：贸泽电子@@@@

半导体功率@@器件@@@@主要@@包括@@功率@@二极管@@@@@@@@、功率@@三极管@@@@@@、晶闸管@@@@、MOSFET、IGBT等@@。其@@中@@@@MOSFET和@@IGBT属于@@电压@@控制@@型@@开关器件@@@@，具有@@开关速度快@@@@、易于驱动@@@@@@、损耗@@低@@@@等@@优势@@。IGBT全称是@@绝缘栅@@极@@型@@功率@@管@@@@，是@@由@@@@双极@@型@@三极管@@@@@@ (BJT) 和@@MOSFET组成的@@复合全控型@@电压@@驱动@@@@式半导体功率@@器件@@@@@@，兼有@@MOSFET的@@高输入阻抗和@@@@BJT的@@低@@导通@@压降两方面的@@优点@@。随着@@新能源@@汽车@@@@@@、智能@@家电@@、5G、轨道交通等@@行业的@@兴起@@，MOSFET和@@IGBT也迎来了发展的@@春天@@。

然而@@@@，在@@实际@@应用@@中@@@@@@，工程师们都会遇到@@一个@@相同的@@@@困惑@@：器件@@的@@选型@@着实令人头疼@@。对@@此@@，小@@编感同身受@@。今天@@，我们就@@一起来看看@@MOSFET和@@IGBT之间@@的@@有哪些异同点@@，在@@选型@@时@@应着重查看哪些参数@@。

MOSFET和@@IGBT的@@异同点@@
MOSFET和@@IGBT均为@@@@集@@成在@@单@@@@片硅@@上@@的@@固态半导体器件@@@@，且都属于@@电压@@控制@@器件@@@@。另外@@，IGBT和@@MOSFET在@@栅@@极@@和@@其@@他端子@@之间@@都有绝缘@@，两种器件@@全部具有@@较高的@@输入阻抗@@。在@@应用@@中@@@@@@，IGBT和@@MOSFET都可以@@用作静态电子@@开关@@。

虽然@@有很多共同点@@，但@@在@@性能@@参数和@@应用@@上@@@@，IGBT与@@MOSFET还是@@有许多不同@@之处@@。

在@@结@@构@@上@@@@，MOSFET和@@IGBT看起来非常相似@@，实则@@不同@@@@。IGBT由@@发射极@@、集@@电极@@和@@栅@@极@@端子@@组成@@，而@@MOSFET由@@源@@极@@、漏极@@和@@栅@@极@@端子@@组成@@。IGBT的@@结@@构@@中@@有@@PN结@@，MOSFET没有任何@@PN结@@。

在@@特性@@参数上@@@@，MOSFET和@@IGBT的@@主要@@区别体现在@@@@以@@下@@@@@@9个@@方面@@：

1. 在@@低@@电流@@区@@，MOSFET的@@导通@@电压@@低@@于@@@@IGBT，这也是@@它的@@优势@@@@。不过@@，在@@大电流@@@@区@@IGBT的@@正向@@电压@@@@特性@@优于@@MOSFET。此外@@，由@@于@@MOSFET的@@正向@@特性@@对@@温度具有@@很强的@@正向@@依赖性@@，因此@@，IGBT的@@高温特性@@更好@@，导通@@电压@@比@@@@MOSFET低@@。
2. IGBT适用于@@中@@到@@极高电流@@的@@传导和@@控制@@@@，而@@MOSFET适用于@@低@@到@@中@@等@@电流@@的@@传导和@@控制@@@@。
3. IGBT不适合高频@@应用@@@@，它能在@@千@@Hz频率@@下@@运行@@良好@@。MOSFET特别适合非常高频@@的@@应用@@@@@@，它可以@@在@@@@兆@@Hz频率@@下@@运行@@良好@@。
4. IGBT的@@开关速度比@@较低@@@@，MOSFET开关速度非常高@@。
5. IGBT可以@@承受非常高的@@电压@@以@@及@@@@大功率@@@@@@，MOSFET仅适用于@@低@@至@@中@@压应用@@@@。
6. IGBT具有@@较大的@@关断@@时@@间@@，MOSFET的@@关断@@时@@间较小@@@@。
7. IGBT可以@@处理任何瞬态电压@@和@@电流@@@@@@，但@@当@@发生瞬态电压@@时@@@@，MOSFET的@@运行会受到@@干扰@@。
8. MOSFET器件@@成本低@@@@，价格便宜@@，而@@IGBT至@@今仍属于@@较高成本器件@@@@。
9. IGBT适合高功率@@交流@@应用@@@@，MOSFET适合低@@功率@@直流@@应用@@@@。

因为@@@@上@@述这些@@差别@@，在@@应用@@上@@@@MOSFET和@@IGBT各有侧重点@@。通常@@，MOSFET的@@额定电压@@@@约为@@@@@@600V，而@@IGBT的@@额定电压@@@@能够达到@@@@@@1400V。从@@额定电压@@@@角度看@@，IGBT主要@@用于@@更高电压@@@@的@@应用@@@@@@。从@@工作频率@@@@角度看@@，IGBT通常@@在@@低@@于@@@@20kHz的@@开关频率@@@@下@@@@使用@@@@，此时@@@@它们比@@@@单@@极性@@MOSFET具有@@更高的@@@@开关损耗@@@@@@。

综合来看@@，对@@于@@低@@频@@ (小@@于@@20kHz) 、高压@@ (大于@@1000V) 、小@@或@@窄负载或@@线@@路变化@@、高工作温度@@@@，以@@及@@@@超过@@@@5kw的@@额定输出功率@@应用@@@@，IGBT是@@首选@@。而@@MOSFET更适合低@@电压@@@@ (小@@于@@250V) 、大占空比@@和@@高频@@@@ (大于@@200KHz) 的@@应用@@@@。

图@@1：不同@@类型@@@@晶体管@@的@@性能@@比@@较@@ (图@@源@@@@：TOSHIBA)

MOSFET关键的@@电气@@参数@@
MOSFET的@@优点决定了它非常适合高频@@且开关速度要@@求高的@@应用@@@@@@。在@@开关电源@@@@@@@@ (SMPS) 中@@，MOSFET的@@寄生参数至@@关重要@@@@，它决定了转换@@时@@间@@、导通@@电阻@@@@、振铃@@ (开关时@@超调@@) 和@@背栅@@击穿等@@性能@@@@，这些@@都与@@@@SMPS的@@效率密切相关@@@@。

作为@@@@电源@@@@开关@@，选择@@的@@@@MOSFET应该具有@@极低@@的@@导通@@电阻@@@@@@@@、低@@输入电容@@@@ (即@@Miller电容@@) 以@@及@@@@极高的@@栅@@极@@@@击穿电压@@@@，这个@@数值甚至@@高到@@足以@@处理电感产生@@的@@任何峰值电压@@@@。另外@@，漏极@@和@@源@@极之间@@的@@寄生电感也是@@越低@@越好@@，因为@@@@低@@寄生电感可将@@开关过程中@@的@@@@电压@@峰值降至@@最低@@@@。

对@@于@@门驱动@@@@器@@@@或@@者@@逆变器@@应用@@@@，通常@@需要@@选择@@低@@输入电容@@@@@@ (利于快速切换@@) 以@@及@@@@较高驱动@@@@能力@@的@@@@MOSFET。

IGBT关键的@@电气@@参数@@
IGBT的@@主要@@优势是@@能够处理和@@传导中@@至@@超高电压@@@@和@@大电流@@@@@@，拥有非常高的@@栅@@极@@@@绝缘特性@@@@，且在@@电流@@传导过程中@@产生@@非常低@@的@@正向@@压降@@，哪怕浪涌电压@@出现时@@@@，IGBT的@@运行也不会受到@@干扰@@。不足之处在@@于@@IGBT不适合高频@@应用@@@@。与@@MOSFET相比@@@@，开关速度较慢@@，关断@@时@@间较长@@。

在@@实际@@应用@@中@@@@@@，逆变技术@@对@@@@IGBT的@@参数要@@求并不是@@一成不变的@@@@，对@@IGBT的@@要@@求各不相同@@。

综合来看@@，下@@面@@这些@@参数在@@@@IGBT的@@选择@@中@@是@@至@@关重要@@的@@@@。

一是@@@@额定电压@@@@@@，在@@开关工作的@@条件下@@@@，IGBT的@@额定电压@@@@通常@@要@@高于直流@@母线@@电压@@@@的@@两倍@@@@@@。
二是@@@@额定电流@@@@@@，由@@于@@负载电气@@启动@@或@@加速时@@@@，电流@@过载@@，要@@求在@@@@1分钟的@@时@@间内@@IGBT能够承受@@1.5倍@@的@@过流@@@@。
三是@@开关速度@@。
四是@@栅@@极@@电压@@@@，IGBT的@@工作状态与@@正向@@栅@@极@@电压@@有很大关系@@，电压@@越高@@，开关损耗@@@@越小@@@@，正向@@压降也更小@@@@。

新能源@@汽车@@@@中@@的@@@@@@IGBT和@@MOSFET
汽车@@电动@@化乃大势所趋@@。现在@@@@，各国政府纷纷制定了各自的@@碳达峰和@@碳中@@和@@目标@@@@，从@@传统的@@@@ICE车辆转向@@纯电动@@车辆具有@@非常重要@@的@@意义@@。更严格的@@全球@@@@CO2排放要@@求不断加速汽车@@电动@@化的@@进程@@，预计@@从@@@@2021年@@到@@@@2026年@@电动@@车@@/混合动@@力车@@ (EV/HEV) 的@@复合年@@增长率@@ (CAGR(VOL)) 将@@达到@@@@@@20.1%，被称为@@零排放汽车@@@@ (ZEV) 的@@电池电动@@汽车@@@@@@ (BEV) ，其@@CAGR (VOL) 将@@高达@@@@29.7%。

图@@2：EV/HEV在@@未来@@@@5年@@的@@增长@@ (图@@源@@@@：onsemi)

新能源@@车中@@的@@@@电机@@控制@@系统@@@@@@、引@@擎控制@@系统@@@@、车身控制@@系统@@均需使用@@大量的@@半导体功率@@器件@@@@@@，它的@@普及@@为@@汽车@@功率@@半导体市场打开了增长的@@窗口@@。在@@各类半导体功率@@器件@@@@中@@@@，未来@@增长最强劲的@@产品@@将@@是@@@@MOSFET与@@IGBT模块@@。

据研究机构@@IC Insights的@@分析结@@果@@，2016年@@，全球@@MOSFET市场规模达到@@@@了@@62亿美元@@，预计@@2016年@@至@@@@2022年@@间@@MOSFET市场的@@年@@复合增长率将@@达到@@@@@@@@3.4%。预计@@到@@@@2022年@@，全球@@MOSFET市场规模将@@接近@@75亿美元@@。

IGBT是@@新能源@@汽车@@@@高压@@系统@@的@@核心器件@@@@，其@@最核心应用@@为@@主驱逆变@@@@，此外@@还包括@@车载@@充电@@器@@@@@@ (OBC) 、电池管@@理系统@@@@、车载@@空调@@控制@@系统@@@@、转向@@等@@高压@@辅助系统@@@@。在@@直流@@和@@交流@@充电@@桩@@中@@@@，IGBT也有@@着广泛应用@@@@。在@@新能源@@汽车@@@@@@中@@@@，MOSFET主要@@在@@汽车@@低@@压电器中@@使用@@@@，比@@如@@@@电动@@座@@椅调节@@、电池电路@@保护@@、雨刷器的@@直流@@电机@@@@、LED照明系统@@等@@@@。

IGBT和@@MOSFET“芯@@”品推荐@@
AFGHL25T120RHD是@@安森美@@@@ (onsemi) 汽车@@级@@低@@成本的@@@@1200V 25A IGBT，该模块@@符合@@@@AEC Q101规范@@，具有@@坚固且经济高效@@的@@场阻@@II沟槽结@@构@@@@。在@@要@@求苛刻的@@开关应用@@中@@@@可提供@@优异的@@性能@@@@，同时@@@@提供@@低@@导通@@电压@@和@@最小@@的@@开关损耗@@@@@@，可用于@@EV/HEV的@@PTC加热@@器@@、电动@@压缩机@@、车载@@充电@@器@@等@@系统@@中@@@@。

安森美@@的@@另一款@@@@MOSFET模块@@FAM65CR51ADZ1，是@@一款@@@@650V的@@电源@@@@集@@成模块@@@@ (PIM) ，它带有升压转换@@器@@器@@，主要@@用于@@EV/HEV中@@的@@@@车载@@充电@@器@@@@ (OBC) 中@@，它能让系统@@的@@设计@@更加小@@巧@@、高效@@和@@可靠@@。

Infineon Technologies (英飞凌@@) 有着极其@@丰富的@@@@IGBT功率@@模块@@产品@@组合@@@@，这些@@产品@@系列@@@@拥有不同@@的@@@@电路@@结@@构@@@@、芯@@片@@配置和@@电流@@@@电压@@等@@级@@@@@@，覆盖了市场上@@的@@大多数@@应用@@@@。它们有斩波器@@、DUAL、PIM、四单@@元@@、六单@@元@@、十二单@@元@@、三电平@@@@、升压器或@@单@@开关配置@@，电流@@等@@级@@从@@@@6A到@@3600A不等@@@@。IGBT模块@@的@@@@适用功率@@小@@至@@几百瓦@@，高至@@数兆瓦@@。

比@@如@@@@，英飞凌@@的@@@@HybridPACK系列@@就@@提供@@基@@于@@@@6种不同@@封装@@的@@@@多个@@版本@@，专门针对@@@@@@100kW到@@200kW之间@@的@@不同@@逆变器@@性能@@水平进行了优化@@，拓展了面向@@@@EV/HEV的@@IGBT模块@@功率@@区间@@。该系列@@中@@的@@@@@@HybridPACK Drive是@@一款@@@@非常紧凑的@@功率@@模块@@@@，专为@@@@EV/HEV车辆牵引@@@@应用@@而@@优化@@，功率@@范围@@为@@@@100kW至@@175kW，可在@@电动@@汽车@@@@的@@实际驱动@@@@循环中@@实现@@最高效@@率@@@@，即@@使在@@恶劣环境条件下@@也能可靠运行逆变器@@@@。

图@@3：用于电动@@汽车@@@@主逆变器@@的@@功率@@模块@@@@HybridPACK Drive IGBT模块@@ (图@@源@@@@：Infineon)

其@@中@@@@，HybridPACK Drive Flat模块@@ (FS660R08A6P2Fx) 和@@Wave模块@@ (FS770R08A6P2x) 是@@HybridPACK Drive产品@@家族中@@的@@@@低@@性能@@产品@@@@，经济划算@@，分别适用于@@@@100kW至@@150kW逆变器@@。作为@@@@产品@@组合@@中@@的@@@@高端产品@@@@，HybridPACK Drive Performance模块@@ (FS950R08A6P2B) 的@@目标@@应用@@是@@@@200kW逆变器@@。因使用@@了专门的@@陶瓷材料@@，而@@非常用的@@氧化铝@@，其@@散热@@性能@@提升@@了@@20%以@@上@@@@，可以@@达到@@@@更高的@@@@电流@@承受能力@@@@。

英飞凌@@旗下@@的@@@@600V、650V及@@800V N沟道@@功率@@@@MOSFET主要@@针对@@@@高性能@@的@@汽车@@应用@@@@，CoolMOS N沟道@@MOSFET是@@该公司@@具有@@代@@表@@性的@@产品@@系列@@@@@@，适合低@@功率@@至@@高功率@@应用@@@@，在@@易用性@@、高性能@@与@@@@价格之间@@取得了巧妙平衡@@。

结@@语@@
功率@@半导体器件@@又称为@@电力电子@@器件@@@@，是@@电力电子@@装置实现@@电能转换@@@@、电路@@控制@@的@@核心器件@@@@。上@@世纪@@@@80年@@代@@@@发展起来的@@硅@@基@@@@@@MOSFET工作频率@@@@达到@@@@了兆@@Hz级@@。随着@@硅@@基@@@@@@IGBT的@@出现@@，功率@@器件@@@@在@@大功率@@@@化和@@高频@@化之间@@找到@@了解@@决方案@@@@@@。

在@@不间断电源@@@@@@@@ (UPS) 、工业@@逆变器@@@@、功率@@控制@@@@、电机@@驱动@@@@@@、脉宽调制@@ (PWM) 、开关电源@@@@@@ (SMPS) 等@@开关应用@@中@@@@@@，MOSFET和@@IGBT因其@@具有@@的@@优越特性@@@@，在@@性能@@上@@明显@@优于其@@他开关器件@@@@。其@@中@@@@，MOSFET主要@@用于@@较低@@的@@电压@@和@@功率@@系统@@@@，而@@IGBT更适合较高的@@电压@@和@@功率@@应用@@@@。

在@@新能源@@汽车@@@@@@、智能@@家电@@、5G等@@需求的@@拉动@@下@@@@，IGBT和@@MOSFET的@@市场规模不断扩大@@，进入该领域@@的@@企业越来越多@@。如@@何在@@品类繁杂的@@市场中@@找到@@最符合@@自己需求的@@产品@@是@@一件令人头疼的@@事@@。其@@实@@，无论多么复杂@@，你只需关注@@上@@面我们介绍的@@那些主要@@参数@@，相信就@@一定会找到@@满意的@@产品@@@@。