碳化硅（SiC）功率開關(guān)器件正成為工業(yè)電池領(lǐng)域一種廣受歡迎的選擇，因其能夠?qū)崿F(xiàn)更快的開關(guān)速度和更優(yōu)異的低損耗工作，從而在不妥協(xié)性能的前提下提高功率密度。此外，SiC還支持 IGBT技術(shù)無法實現(xiàn)的新型功率因數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

本白皮書回顧了多種功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還提出了功率因數(shù)校正（PFC）級與初級功率級的SiC MOSFET選型方案，以及次級同步整流功率級的硅基MOSFET選型策略。最后介紹了安森美（onsemi）650V M3S EliteSiC MOSFET 的優(yōu)勢及其性能特點(diǎn)。

白皮書第一篇介紹了工業(yè)充電器簡介、PFC 級選型，第二篇介紹了隔離式DC-DC功率級選擇。本文將介紹優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與元器件選型。

優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與元器件選型

電池供電工具和設(shè)備的便利性在很大程度上依賴于快速高效的充電。 為此，電池充電解決方案的設(shè)計人員必須根據(jù)所需的功率水平和工作電壓，精心選擇最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 此外，他們還必須選擇能夠精準(zhǔn)滿足應(yīng)用性能要求的元器件。

安森美提供覆蓋低壓、中壓及高壓的全系列功率分立器件，包括適用于上述關(guān)鍵拓?fù)涞墓杌?a target="_blank">二極管、MOSFET和IGBT。依托先進(jìn)的裸芯與封裝技術(shù)，安森美功率器件以卓越品質(zhì)和穩(wěn)健性能滿足各類設(shè)計需求。

此外，我們基于SiC的開關(guān)器件具備更快的開關(guān)速度和超低損耗特性，可顯著提升功率密度。 安森美 650 V M3S EliteSiC MOSFET（圖 1）提供業(yè)界領(lǐng)先的開關(guān)性能，大幅提升 PFC 和 LLC 級的系統(tǒng)效率。

該器件針對 40 kHz 至 400 kHz 的高頻應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。EliteSiC M3S 技術(shù)相比其前代產(chǎn)品，柵極電荷減少了 50%，EOSS降低了 44%，輸出電容中的存儲電荷（QOSS）減少了 44%。這種出色的EOSS參數(shù)在PFC級應(yīng)用于硬開關(guān)拓?fù)鋾r，可顯著提升輕載條件下的系統(tǒng)效率。同時，較低的 QOSS還簡化了 LLC 級軟開關(guān)拓?fù)涞闹C振腔電感設(shè)計。 此外，M3S EliteSiC MOSFET在PFC和DC-DC模塊高頻運(yùn)行時保持低溫工作狀態(tài)。

圖 1. 650 V M3S EliteSiC MOSFET 是 PFC 和 LLC 級的理想選擇

圖 2. 安森美 650 V M3S EliteSiC MOSFET 產(chǎn)品系列

我們還提供基于 PLCES 的系統(tǒng)級 Elite Power 仿真工具，助力工程師根據(jù)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功率水平優(yōu)化元器件選型。該仿真工具不僅能協(xié)助選擇適用于各種拓?fù)浜凸β仕降腅liteSiC MOSFET。

還可深度洞察采用我們?nèi)缦翬liteSiC 系列產(chǎn)品的電路運(yùn)行狀況，F(xiàn)ield Stop 7 (FS7) IGBT、PowerTrenchT10 MOSFET 和 Inteligent Power Modules (IPM)，包括特定產(chǎn)品的制造工藝極限情況。我們的仿真模型不僅基于數(shù)據(jù)手冊中的典型參數(shù)，還提供了基于制造環(huán)境中物理相關(guān)性的極限工況仿真能力。這使用戶能夠了解器件在實驗室工藝邊界條件下的性能，從標(biāo)稱情況到最壞情況均可進(jìn)行仿真。

此外，PLECS 模型自助生成工具（SSPMG）允許用戶輸入具有代表性的寄生元件，并生成自己的定制 PLECS 模型進(jìn)行仿真。我們通過創(chuàng)新的SPICE模型實現(xiàn)了高精度的原型設(shè)計。

我們的物理和可擴(kuò)展 SPICE 模型為仿真電力電子電路中功率器件的行為提供了一種準(zhǔn)確而高效的方法，從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。我們最近對SSPMG進(jìn)行了升級，并集成了Würth Elektronik的無源元件數(shù)據(jù)庫，從而使用戶能夠為復(fù)雜的電力電子應(yīng)用創(chuàng)建更加精確和詳細(xì)的 PLECS 模型。 這一直觀的基于網(wǎng)頁的平臺有助于在設(shè)計初期階段及早發(fā)現(xiàn)并解決性能瓶頸問題。

圖 3. 安森美Elite Power仿真工具和 PLECS 模型自助生成工具