Koji su učinci različitih topologija krugova na performanse SIC uređaja?

Koji su učinci različitih topologija krugova na performanse SIC uređaja?

Bok tamo! Radim s dobavljačem SiC uređaja i iz prve sam ruke vidio kako različite topologije strujnih krugova mogu imati veliki utjecaj na izvedbu SiC uređaja. Zaronimo i istražimo te učinke zajedno.

Prvo, što su SiC uređaji? Pa, imamoSic MosfetiSic Schottky dioda, koji su super popularni u svijetu energetske elektronike. Ovi uređaji nude neke nevjerojatne prednosti kao što su mali otpor pri uključivanju, velike brzine prebacivanja i izvrsne toplinske performanse. Ali njihova izvedba uvelike ovisi o topologiji kruga u kojoj se koriste.

Počnimo s topologijom Buck pretvarača. Ovo je step - down pretvarač koji se koristi za pretvaranje višeg istosmjernog napona u niži istosmjerni napon. Kada koristimo SiC uređaje u Buck konverteru, stvarno možemo iskoristiti njihove velike brzine prebacivanja. SiC Mosfet može se uključiti i isključiti vrlo brzo, smanjujući gubitke pri prebacivanju. To znači da pretvarač može raditi na višim frekvencijama bez da se previše zagrije. Na primjer, u tradicionalnom Buck konverteru sa silicijskim uređajima, mogli bismo biti ograničeni na nekoliko stotina kiloherca. Ali sa SiC Mosfetima, lako možemo doći do nekoliko megaherca. Rezultat? Manji i učinkovitiji pretvarač. SiC Schottky dioda također igra ključnu ulogu ovdje. Budući da ima gotovo nulto vrijeme povratnog oporavka, ne uzrokuje istu vrstu skokova napona i gubitaka snage kao obična dioda. Dakle, općenito, u Buck konverteru, SiC uređaji mogu značajno poboljšati gustoću snage i učinkovitost.

Sada, pogledajmo Boost pretvarač. To je suprotno od Buckovog pretvarača, pojačavajući niži istosmjerni napon na viši istosmjerni napon. U Boost pretvaraču, niski otpor SiC Mosfet-a mijenja igru. Kada je MOSFET uključen, gubitak snage proporcionalan je kvadratu struje koja teče kroz njega i otporu uključenosti. Sa SiC Mosfetima koji imaju mnogo niži otpor na uključivanje u usporedbi sa silikonskim analogima, gubici vodljivosti su znatno smanjeni. Ovo je posebno važno u aplikacijama velike snage. Također, velika brzina prebacivanja SiC Mosfeta može dovesti do stabilnijeg izlaznog napona. SiC Schottky dioda pomaže u smanjenju gubitaka povratnog povrata, što je bitno za ukupnu učinkovitost Boost pretvarača. Zapravo, u nekim aplikacijama pojačanog pretvarača velike snage za sustave obnovljive energije kao što su solarni pretvarači, korištenje SiC uređaja može povećati ukupnu učinkovitost sustava za nekoliko postotnih bodova. To možda ne zvuči puno, ali u sustavima velikih razmjera može dovesti do značajnih ušteda tijekom vremena.

Još jedna važna topologija je polumostni pretvarač. Ovo se često koristi u aplikacijama kao što su motorni pogoni i visokofrekventni pretvarači. U polumosnom pretvaraču, tolerancija na visoke temperature SiC uređaja dobro dolazi. Brzo prebacivanje SiC Mosfet-a može uzrokovati neke elektromagnetske smetnje (EMI), ali njihova izvedba na visokim temperaturama omogućuje bolje odvođenje topline. Možemo koristiti manje hladnjake, što smanjuje veličinu i cijenu pretvarača. SiC Schottky dioda u polumostu pomaže u smanjenju obrnute struje oporavka, što zauzvrat smanjuje opterećenje na MOSFET-ima. To može poboljšati pouzdanost pretvarača. U aplikacijama s motornim pogonom, pouzdaniji i učinkovitiji polumostni pretvarač koji koristi SiC uređaje može dovesti do boljih performansi motora i duljeg vijeka motora.

Pretvarači punog mosta također se široko koriste, posebno u aplikacijama velike snage kao što su punjači za električna vozila i DC-DC pretvarači velike snage. U punom mostnom pretvaraču, SiC Mosfeti mogu podnijeti visoke sklopne frekvencije i visoke struje. Nizak otpor pri uključivanju i velika brzina prebacivanja rezultiraju manjim gubicima snage i većom učinkovitošću. SiC Schottky diode u punom mostu mogu smanjiti povratne gubitke povrata i poboljšati ukupnu kvalitetu energije. Za punjače za električna vozila, visokoučinkoviti Full-Bridge pretvarač koji koristi SiC uređaje može puniti bateriju brže i učinkovitije, što je velika prednost na današnjem tržištu.

Povratni pretvarači obično se koriste u aplikacijama male snage kao što su punjači za mobilne telefone i mali izvori napajanja. Čak i u ovim primjenama male snage, SiC uređaji mogu napraviti veliku razliku. Velika brzina prebacivanja SiC Mosfeta smanjuje vrijeme prebacivanja, što povećava učinkovitost pretvarača. SiC Schottky dioda sa svojom nultom - obrnutom - karakteristikom oporavka može poboljšati korekciju faktora snage (PFC) u povratnom pretvaraču. To znači da pretvarač može učinkovitije crpiti energiju iz mreže, smanjujući rasipanje električne energije.

Međutim, nije sve lijepo kada se koriste SiC uređaji u različitim topologijama krugova. Postoje i neki izazovi. Na primjer, velika brzina prebacivanja SiC Mosfet-a može uzrokovati zvonjavu i prekoračenje u valnim oblicima napona i struje. To može dovesti do EMI problema. Dizajneri moraju biti pažljivi s rasporedom i koristiti odgovarajuće prigušivačke sklopove kako bi te probleme sveli na minimum. Također, SiC uređaji su još uvijek relativno skuplji od silikonskih uređaja. Ali kako tehnologija sazrijeva i obujam proizvodnje se povećava, troškovi padaju.

Zaključno, različite topologije krugova mogu imati dubok učinak na performanse SiC uređaja. Bilo da se radi o poboljšanju učinkovitosti, povećanju gustoće snage ili poboljšanju pouzdanosti, SiC uređaji imaju mnogo toga za ponuditi u raznim topologijama krugova. Kao dobavljač SiC uređaja, neprestano radimo na poboljšanju naših proizvoda kako bi bolje odgovarali različitim aplikacijama.

Ako ste na tržištu visokokvalitetnih SiC uređaja i želite znati više o tome kako oni mogu raditi u vašoj specifičnoj topologiji kruga, nemojte se ustručavati posegnuti za raspravom o nabavi. Voljeli bismo vam pomoći pronaći najbolja rješenja za vaše potrebe energetske elektronike.

Reference

• “Power Electronics: Converters, Applications, and Design” Ned Mohan, Tore M. Undeland i William P. Robbins
• “Poluvodički uređaji i integrirani krugovi: digitalni i analogni sklopovi i njihove primjene” Donald A. Neamen