chinese直男口爆体育生外卖, 99久久er热在这里只有精品99, 又色又爽又黄18禁美女裸身无遮挡, gogogo高清免费观看日本电视,私密按摩师高清版在线,人妻视频毛茸茸,91论坛 兴趣闲谈,欧美 亚洲 精品 8区,国产精品久久久久精品免费

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

SiC碳化硅MOSFET銷售團隊培訓(xùn)教程:電力電子變換核心拓撲與寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2026-01-11 20:29 ? 次閱讀
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

傾佳電子楊茜SiC碳化硅MOSFET銷售團隊培訓(xùn)教程:電力電子變換核心拓撲與寬禁帶半導(dǎo)體應(yīng)用

BASiC Semiconductor基本半導(dǎo)體一級代理商傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,代理并力推BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET單管,SiC碳化硅MOSFET功率模塊,SiC模塊驅(qū)動板等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。?

傾佳電子楊茜致力于推動國產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢!

傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢!

1. 緒論:能源變革下的電力電子技術(shù)演進

在當(dāng)今全球能源結(jié)構(gòu)向低碳化、清潔化轉(zhuǎn)型的宏大背景下,電力電子技術(shù)作為電能高效轉(zhuǎn)換與控制的核心樞紐,正經(jīng)歷著前所未有的技術(shù)革新。從電動汽車(EV)的普及到可再生能源(光伏、風(fēng)能)的大規(guī)模并網(wǎng),再到數(shù)據(jù)中心與儲能系統(tǒng)的高密度化,市場對功率變換器在效率、功率密度、可靠性及成本方面的要求日益嚴苛。傳統(tǒng)的硅(Si)基功率半導(dǎo)體器件,如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)和Si MOSFET,受限于其材料本身的物理極限,在高溫、高頻及高壓應(yīng)用場景下已逐漸觸及性能天花板。與此同時,以碳化硅(SiC)為代表的第三代寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料的崛起,不僅重塑了器件層面的性能標(biāo)準,更深刻地推動了電路拓撲結(jié)構(gòu)的演進與優(yōu)化。

wKgZO2lkLCmANEiiAEvFJwZExm0509.png

傾佳電子楊茜SiC碳化硅MOSFET銷售團隊培訓(xùn)教程系統(tǒng)性地涵蓋DC/DC、DC/AC及AC/DC三大變換領(lǐng)域的經(jīng)典與前沿拓撲。傾佳電子楊茜將剖析Buck-Boost、LLC諧振變換器、兩電平及多電平逆變器(特別是ANPC拓撲)、以及圖騰柱PFC(Totem-pole PFC)等關(guān)鍵電路的工作原理、控制策略及設(shè)計難點。尤為重要的是,傾佳電子楊茜將緊密結(jié)合最新的工業(yè)級SiC MOSFET模塊技術(shù)參數(shù)——以基本半導(dǎo)體(BASIC Semiconductor)的Pcore?2 ED3系列模塊(如BMF540R12MZA3)為例——來闡述器件特性如何反向定義拓撲設(shè)計的邊界,探討米勒效應(yīng)(Miller Effect)在高速開關(guān)下的危害機制及其抑制策略(如米勒鉗位),并量化分析先進封裝材料(如氮化硅Si3?N4? AMB)對系統(tǒng)熱可靠性的貢獻。


2. 功率半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)與寬禁帶技術(shù)特性

一切電力電子拓撲的基石皆在于開關(guān)器件。理解SiC MOSFET與傳統(tǒng)Si IGBT在靜態(tài)與動態(tài)特性上的本質(zhì)差異,是掌握現(xiàn)代變換器設(shè)計的前提。

wKgZPGlkLC-AbfjEAD0xh1umT7M621.png

2.1 硅(Si)與碳化硅(SiC)的物理屬性對比

硅基器件經(jīng)過數(shù)十年的優(yōu)化,工藝成熟且成本低廉,但在高壓高頻應(yīng)用中面臨巨大的損耗挑戰(zhàn)。IGBT作為雙極型器件,雖然具有高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降的優(yōu)勢,但其關(guān)斷時的拖尾電流(Tail Current)導(dǎo)致了顯著的關(guān)斷損耗(Eoff?),限制了其開關(guān)頻率通常在20kHz以下 。

相比之下,碳化硅材料憑借其獨特的物理屬性,為功率器件帶來了革命性的提升:

  • 寬禁帶寬度(Bandgap Energy): SiC的禁帶寬度約為3.26 eV,是Si(1.12 eV)的3倍。這賦予了SiC器件極高的臨界擊穿電場(Si的10倍),使得在相同耐壓等級下,SiC芯片的漂移層厚度可大幅減薄,摻雜濃度提高,從而顯著降低導(dǎo)通電阻(RDS(on)?)。
  • 高熱導(dǎo)率: SiC的熱導(dǎo)率幾乎是Si的3倍,優(yōu)于銅。這意味著SiC器件在相同損耗下具有更低的結(jié)溫升,或在相同結(jié)溫下能處理更高的功率密度 。
  • 電子飽和漂移速度: SiC的電子飽和漂移速度是Si的2倍,結(jié)合其單極性導(dǎo)電特性(無少子積聚效應(yīng)),使得SiC MOSFET幾乎沒有拖尾電流,開關(guān)速度極快,開關(guān)損耗大幅降低。

2.2 工業(yè)級SiC MOSFET模塊特性分析:以BMF540R12MZA3為例

為了具體量化SiC的優(yōu)勢,我們深入分析基本半導(dǎo)體(BASIC Semiconductor)推出的Pcore?2 ED3系列半橋模塊BMF540R12MZA3。該模塊專為集中式大儲PCS、商用車電驅(qū)動、礦卡電驅(qū)動、儲能及光伏應(yīng)用設(shè)計,采用了第三代SiC芯片技術(shù)。

wKgZO2lkLDSANxYEAEOKv210paU093.png

表 2-1 BMF540R12MZA3 關(guān)鍵靜態(tài)參數(shù)特性

參數(shù)名稱 符號 測試條件 (Tj?=25°C) 典型值 (25°C) 典型值 (175°C) 物理意義與設(shè)計影響
漏源擊穿電壓 VDSS? VGS?=0V,ID?=1mA 1200 V - 定義了器件能承受的最高母線電壓,通常需留有20-30%裕量。
額定漏極電流 IDnom? - 540 A - 決定了模塊的持續(xù)功率處理能力。
導(dǎo)通電阻 RDS(on)? VGS?=18V,ID?=540A 2.60 mΩ (上橋) 4.81 mΩ (上橋) 決定了導(dǎo)通損耗(I2R)。SiC的RDS(on)?隨溫度上升幅度較小,高溫性能優(yōu)異。
柵極閾值電壓 VGS(th)? VGS?=VDS? 2.71 V 1.85 V 極關(guān)鍵參數(shù)。隨溫度升高而降低,高溫下極易受噪聲干擾導(dǎo)致誤導(dǎo)通(米勒效應(yīng)風(fēng)險)。
反向傳輸電容 Crss? VDS?=800V 53.02 pF 47.48 pF 即米勒電容。直接決定了開關(guān)過程中的dv/dt耦合強度和米勒平臺持續(xù)時間。
柵極電荷 QG? - 1320 nC - 決定了驅(qū)動電路所需的功率和峰值驅(qū)動電流。

深度解析:

  1. 高溫導(dǎo)通性能: 從25°C到175°C,BMF540R12MZA3的RDS(on)?從2.60 mΩ上升至4.81 mΩ,增幅約1.85倍 。相比之下,硅基器件在同樣溫升下阻值增加更為劇烈,且受限于最高結(jié)溫(通常Si IGBT為150°C,而SiC可達175°C甚至更高)。這使得SiC在高溫重載工況下的效率優(yōu)勢更加明顯。
  2. 閾值電壓的挑戰(zhàn): VGS(th)?在175°C時降至僅1.85V [3]。這對于驅(qū)動電路設(shè)計提出了極高要求。在半橋拓撲中,當(dāng)對管高速開通時,極高的dv/dt會通過Crss?向關(guān)斷管的柵極注入電流。如果驅(qū)動回路阻抗不夠低,柵極電壓極易超過1.85V,引發(fā)災(zāi)難性的直通故障(Shoot-through)。這就是為何SiC驅(qū)動必須引入負壓關(guān)斷(如-5V)和米勒鉗位功能的根本物理原因。

2.3 封裝技術(shù)的演進:氮化硅(Si3?N4?)AMB基板

隨著芯片功率密度的提升,封裝材料的散熱能力和機械可靠性成為瓶頸。BMF540R12MZA3模塊采用了高性能的Si3?N4? AMB(活性金屬釬焊)陶瓷基板 。

表 2-2 陶瓷基板材料性能對比

性能指標(biāo) 氧化鋁 (Al2?O3?) 氮化鋁 (AlN) 氮化硅 (Si3?N4?) 優(yōu)勢分析
熱導(dǎo)率 (W/mK) 24 170 90 AlN導(dǎo)熱最好,但Si3?N4?通過減薄基板厚度(典型360um vs AlN 630um)可實現(xiàn)接近的熱阻。
抗彎強度 (N/mm2) 450 350 700 Si3?N4?機械強度極高,不易斷裂,適合嚴苛震動環(huán)境(如車載)。
熱循環(huán)可靠性 較差 一般 極優(yōu) 在1000次溫度沖擊后,Si3?N4?依然保持良好的銅箔結(jié)合力,無分層現(xiàn)象 3。

這種材料的選擇不僅是為了散熱,更是為了匹配SiC芯片高溫工作的特性,防止因熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的焊層疲勞失效。


3. DC/DC 變換拓撲:從基礎(chǔ)到高階應(yīng)用

DC/DC變換器廣泛應(yīng)用于電壓調(diào)節(jié)、電池充放電及最大功率點跟蹤(MPPT)等場景。隨著SiC器件的引入,傳統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)在頻率和效率上獲得了新生。

wKgZPGlkLD2AY9z9ADfjvRsGjpc817.png

3.1 經(jīng)典拓撲回顧與SiC賦能

3.1.1 Buck與Boost變換器

Buck(降壓)和Boost(升壓)是最基礎(chǔ)的非隔離型拓撲。

工作原理: 利用電感作為儲能元件,通過開關(guān)管的占空比D控制能量傳遞。

  • Buck: Vout?=D×Vin?
  • Boost: Vout?=1?DVin??

SiC的應(yīng)用優(yōu)勢: 在傳統(tǒng)的IGBT設(shè)計中,為了限制開關(guān)損耗,頻率通常限制在20kHz以內(nèi),導(dǎo)致電感和電容體積龐大。采用BMF540R12MZA3 SiC模塊后,仿真顯示在800V輸入、300V輸出、350A負載的Buck電路中,即使頻率提升至20kHz甚至更高,SiC的總損耗(導(dǎo)通+開關(guān))仍顯著低于IGBT 。

  • 效率對比數(shù)據(jù): 在20kHz下,SiC方案的效率可維持在**99%**以上,而IGBT方案因開關(guān)損耗激增,效率顯著下降,且結(jié)溫迅速逼近極限 。

3.1.2 Buck-Boost 變換器

Buck-Boost拓撲可實現(xiàn)升降壓功能,輸出電壓極性通常與輸入相反(反相Buck-Boost)。

  • 電壓增益: Vin?Vout??=?1?DD? 4。
  • 應(yīng)用局限: 開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力為Vin?+∣Vout?∣,且輸入輸出電流均為脈沖形式,對EMI濾波器要求較高。

3.2 高階非隔離拓撲

3.2.1 雙向DC/DC(H-Bridge / Totem-pole Output)

在儲能系統(tǒng)(ESS)中,電池需要充電和放電,因此雙向DC/DC至關(guān)重要。一種常見的架構(gòu)是四開關(guān)Buck-Boost(FSBB) ,通過控制H橋的四個開關(guān),可以平滑地在Buck和Boost模式間切換,且輸出電壓同相 6。

  • 優(yōu)勢: 寬輸入電壓范圍,適合電池電壓波動大的場景;輸入輸出電流紋波較傳統(tǒng)Buck-Boost小。

3.2.2 SEPIC與?uk變換器

  • SEPIC: 支持升降壓,輸出同相。利用耦合電感和中間電容傳輸能量,輸入電流連續(xù),適合對EMI敏感的場合 。
  • ?uk: 支持升降壓,輸出反相。其最大特點是輸入和輸出電流均為連續(xù)模式,極大地減小了電流紋波和EMI干擾,適合高精度電源應(yīng)用 。

3.3 隔離型DC/DC拓撲:LLC與DAB

在混合逆變器電池沖放棄和直流快充樁中,電氣隔離是安全法規(guī)的硬性要求。

3.3.1 LLC諧振變換器

LLC諧振變換器利用原邊的諧振電感(Lr?)、勵磁電感(Lm?)和諧振電容(Cr?)發(fā)生諧振。

  • 軟開關(guān)特性: 原邊開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通(ZVS),副邊整流二極管實現(xiàn)零電流關(guān)斷(ZCS)。這使得開關(guān)損耗幾乎被消除,非常適合高頻化設(shè)計。
  • SiC的價值: 雖然LLC本身實現(xiàn)了軟開關(guān),但在關(guān)斷瞬間仍存在關(guān)斷損耗。SiC MOSFET極快的關(guān)斷速度進一步壓縮了這一損耗。此外,SiC的高耐壓使得LLC可以直接運行在800V甚至更高母線電壓下,簡化了多級結(jié)構(gòu) 。

3.3.2 雙有源橋(DAB)變換器

DAB(Dual Active Bridge)由原副邊兩個全橋和高頻變壓器組成,通過控制兩個全橋之間的移相角來控制功率流向和大小。

  • 特點: 天然支持雙向功率流動,控制靈活,易于實現(xiàn)ZVS。是V2G(Vehicle-to-Grid)應(yīng)用的核心拓撲 。

4. DC/AC 逆變技術(shù):邁向多電平的高效轉(zhuǎn)換

逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備。隨著光伏系統(tǒng)電壓等級從1000V提升至1500V,以及對輸出波形質(zhì)量要求的提高,兩電平拓撲逐漸向多電平拓撲演進。

wKgZO2lkLEiANmWpAC6dH44uZVw905.png

4.1 兩電平逆變器(2-Level VSI)

這是最經(jīng)典的逆變結(jié)構(gòu),由三個半橋臂組成。

原理: 每個橋臂輸出只有Vdc?和0(或±Vdc?/2)兩種電平狀態(tài)。

SiC vs IGBT 仿真對比:

在800V母線、400A相電流的工況下,基于PLECS的仿真顯示:

  • 損耗差異: 使用BMF540R12MZA3 SiC模塊的逆變器,在16kHz開關(guān)頻率下的總損耗遠低于使用IGBT的方案。SiC方案的效率可達99.38% ,而同等條件下IGBT僅為98.79% 。這0.6%左右的效率差意味著在300kW系統(tǒng)中,損耗減少了近1.8kW,大幅降低了散熱需求 。
  • 結(jié)溫表現(xiàn): 在相同散熱條件下(散熱器80°C),SiC芯片的結(jié)溫顯著低于IGBT,或者允許在更高環(huán)境溫度下運行而不降額 。

4.2 H橋逆變器(H-Bridge)

H橋是單相逆變的基礎(chǔ),由四個開關(guān)組成。

  • 應(yīng)用: 單相光伏逆變器、電機驅(qū)動。
  • 級聯(lián)H橋(CHB): 將多個H橋單元串聯(lián),可直接輸出中高壓交流電(如6kV、10kV),常用于高壓大功率變頻器 。這種結(jié)構(gòu)避免了工頻變壓器,效率極高,但需要多個獨立的隔離直流電源。

4.3 有源中點鉗位(ANPC)拓撲:光伏與儲能的首選

隨著1500V光伏系統(tǒng)的普及,三電平拓撲成為主流。其中,ANPC(Active Neutral Point Clamped)因其獨特的損耗分布優(yōu)勢,正逐漸取代傳統(tǒng)的NPC和T型拓撲。

4.3.1 NPC與ANPC的演變

NPC(中點鉗位): 使用二極管將輸出鉗位到直流母線的中點,輸出三種電平(+,0,-)。相比兩電平,它降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力(僅需耐受一半母線電壓)和輸出諧波。但其缺點是長換流回路導(dǎo)致的損耗分布不均,外管和內(nèi)管發(fā)熱差異大,限制了整體容量 。

ANPC(有源中點鉗位): 將NPC中的鉗位二極管替換為有源開關(guān)(如IGBT或MOSFET)。

  • 結(jié)構(gòu): 單相包含6個有源開關(guān)(T1-T6)。T1-T4構(gòu)成主臂,T5-T6構(gòu)成有源鉗位支路 。

4.3.2 ANPC的核心優(yōu)勢與工作原理

  1. 損耗平衡(Loss Balancing): ANPC最核心的優(yōu)勢在于其控制的靈活性。在輸出“0”電平時,電流可以通過不同的路徑(如T2/T5或T3/T6)流通。通過智能調(diào)制策略(如PWM策略),控制器可以動態(tài)分配長換流回路和短換流回路的使用比例,從而在六個開關(guān)之間均衡導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。這徹底解決了NPC拓撲中部分器件過熱而其他器件“冷閑”的問題,極大提升了逆變器的功率密度和壽命 。
  2. 高壓耐受: 允許使用1200V等級的器件構(gòu)建1500V系統(tǒng),因為每個器件在關(guān)斷狀態(tài)下通常只承受一半的母線電壓 。

4.3.3 應(yīng)用場景

ANPC廣泛應(yīng)用于1500V集中式和組串式光伏逆變器、**大型儲能變流器(PCS)**以及中壓電機驅(qū)動系統(tǒng)。在這些應(yīng)用中,效率每提升0.1%都意味著巨大的經(jīng)濟效益 。


5. AC/DC 變換技術(shù):圖騰柱PFC的崛起

AC/DC變換的前端必須進行功率因數(shù)校正(PFC)以滿足電網(wǎng)諧波標(biāo)準(如IEC 61000-3-2)。

wKgZPGlkLGaAe7jZAD0waA94keM744.png

5.1 傳統(tǒng)Boost PFC的局限

傳統(tǒng)的有橋Boost PFC由一個整流橋(4個二極管)和一個Boost電路組成。無論何時,電流都要流經(jīng)整流橋中的兩個二極管,產(chǎn)生巨大的導(dǎo)通損耗。這使得其效率很難突破97% 。

5.2 圖騰柱無橋PFC(Totem-pole Bridgeless PFC)

為了消除整流橋的損耗,無橋PFC技術(shù)應(yīng)運而生。其中,圖騰柱PFC因其器件數(shù)量少、EMI特性好而成為焦點。

5.2.1 拓撲結(jié)構(gòu)

圖騰柱PFC由兩個橋臂構(gòu)成:

  1. 快橋臂(Fast Leg): 由兩個高頻開關(guān)管(S1, S2)組成,負責(zé)以PWM方式進行升壓斬波和電流整形。
  2. 慢橋臂(Slow Leg): 由兩個工頻開關(guān)管(SD1, SD2,通常是低導(dǎo)通電阻的超結(jié)MOSFET或SCR)組成,負責(zé)在工頻半周期進行極性切換 。

5.2.2 工作原理與SiC的關(guān)鍵作用

  • 正半周: 慢橋臂下管導(dǎo)通,連接中性線N到地??鞓虮巯鹿躍2作為主開關(guān)進行Boost升壓,上管S1作為同步整流管續(xù)流。
  • 負半周: 慢橋臂上管導(dǎo)通??鞓虮凵瞎躍1作為主開關(guān),下管S2續(xù)流。
  • CCM模式的挑戰(zhàn): 在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下,作為續(xù)流管的MOSFET體二極管會經(jīng)歷硬關(guān)斷。如果是Si MOSFET,其體二極管的反向恢復(fù)電荷(Qrr?)非常大,反向恢復(fù)時間長,會導(dǎo)致巨大的反向恢復(fù)損耗和電流尖峰,甚至損壞器件。這曾長期限制了圖騰柱PFC的商業(yè)化 。
  • SiC的破局: SiC MOSFET的體二極管Qrr?極?。˙MF540R12MZA3在25°C僅為1.46 uC,遠低于同級Si器件)。這使得圖騰柱PFC可以在CCM模式下高效運行,輕松實現(xiàn)**99%**以上的轉(zhuǎn)換效率(鈦金級電源標(biāo)準)。

5.3 應(yīng)用:電動汽車墻盒(Wallbox)充電器

在7kW/11kW/22kW的家用及商用交流充電樁(Wallbox)及戶用儲能系統(tǒng)中,圖騰柱PFC已成為標(biāo)配。

  • 雙向流動(V2G): 由于快慢橋臂均采用有源開關(guān),圖騰柱PFC天生支持雙向能量流動,完美契合電動汽車V2G(Vehicle-to-Grid)的應(yīng)用需求,即不僅可以充電,還可以將電池能量回饋電網(wǎng) 。
  • 高功率密度: 省去了散熱量巨大的整流橋,且SiC的高頻特性減小了電感尺寸,使得充電器可以做得更小、更輕 。

6. 驅(qū)動技術(shù)與保護:米勒效應(yīng)與鉗位設(shè)計

SiC MOSFET的高速開關(guān)特性是一把雙刃劍:它帶來了高效率,也引發(fā)了嚴重的電磁干擾(EMI)和驅(qū)動穩(wěn)定性問題,其中最突出的是米勒效應(yīng)(Miller Effect)。

6.1 米勒效應(yīng)的物理機制

米勒效應(yīng)源于MOSFET柵極與漏極之間的寄生電容Cgd?(即Crss?)。

  1. 干擾產(chǎn)生: 在半橋電路中,當(dāng)一個橋臂的管子(例如上管)快速開通時,橋臂中點電壓VDS?會以極高的速率(dv/dt>50V/ns)上升。
  2. 電流注入: 這個dv/dt會通過下管(處于關(guān)斷狀態(tài))的Crss?產(chǎn)生一個位移電流 IMiller?=Crssdtdv? 28。
  3. 誤導(dǎo)通風(fēng)險: 這個電流流經(jīng)柵極驅(qū)動電阻Rg?,在柵極產(chǎn)生感應(yīng)電壓 Vgs_induced?=IMillerRg?。如果該電壓超過了器件的閾值電壓VGS(th)?,下管就會發(fā)生誤導(dǎo)通。由于此時上管正在導(dǎo)通,這將導(dǎo)致電源短路(直通),產(chǎn)生巨大的瞬態(tài)電流,可能瞬間燒毀器件 28。

6.2 為什么SiC MOSFET特別脆弱?

  1. 極高的dv/dt: SiC的開關(guān)速度遠快于Si IGBT,產(chǎn)生的米勒電流更大。
  2. 低閾值電壓: 如前所述,BMF540R12MZA3在高溫下的VGS(th)?僅為1.85V 。這意味著只要感應(yīng)電壓稍微超過1.85V,就會發(fā)生誤導(dǎo)通。相比之下,IGBT的閾值通常在5-6V,安全裕度大得多。
  3. 負溫度系數(shù): SiC的閾值電壓隨溫度升高而降低,使得在高溫、全功率運行時的誤導(dǎo)通風(fēng)險最大 。

6.3 解決方案:有源米勒鉗位(Active Miller Clamp)

為了解決這一問題,現(xiàn)代SiC驅(qū)動器(如基本半導(dǎo)體的驅(qū)動方案)普遍集成了米勒鉗位功能。

  • 工作原理: 在MOSFET關(guān)斷期間,驅(qū)動芯片會監(jiān)控柵極電壓。當(dāng)電壓降至安全值(如2V)以下時,驅(qū)動器內(nèi)部的一個低阻抗MOSFET會導(dǎo)通,將柵極直接短接到負電源(VEE)或地 。
  • 效果: 這條低阻抗通路旁路了外部柵極電阻Rg?,為米勒電流提供了一個極低阻抗的泄放路徑。即使有很高的米勒電流,Vgs?也被強行鉗位在低電平,無法上升到閾值電壓以上,從而徹底杜絕誤導(dǎo)通 。
  • 必要性總結(jié): 對于SiC應(yīng)用,米勒鉗位不再是“可選”功能,而是確保系統(tǒng)安全運行的核心必須功能 。

7. 結(jié)論與展望

電力電子變換技術(shù)正處于以寬禁帶半導(dǎo)體為核心的快速迭代期。

  1. 拓撲融合與創(chuàng)新: DC/DC領(lǐng)域,Buck-Boost及其衍生拓撲(LLC, DAB)正向著更高頻率、更寬電壓范圍發(fā)展。AC/DC領(lǐng)域,圖騰柱PFC憑借SiC的賦能,消除了傳統(tǒng)整流橋的損耗瓶頸,成為高效充電設(shè)施的標(biāo)準答案。DC/AC領(lǐng)域,ANPC拓撲通過主動的熱管理和損耗均衡,完美解決了光伏與儲能系統(tǒng)的高壓大功率挑戰(zhàn)。
  2. 器件決定系統(tǒng): 如BMF540R12MZA3等先進SiC模塊的出現(xiàn),不僅提升了效率(從98%邁向99%+),更重要的是改變了熱設(shè)計的規(guī)則。Si3?N4? AMB基板的應(yīng)用進一步確保了這些高密度器件在極端工況下的機械與電氣可靠性。
  3. 驅(qū)動的復(fù)雜化: 高性能器件對驅(qū)動電路提出了更嚴苛的要求。理解并處理好米勒效應(yīng)、寄生電感干擾及熱設(shè)計,是發(fā)揮SiC潛能的關(guān)鍵。米勒鉗位技術(shù)已成為SiC驅(qū)動設(shè)計的標(biāo)配。

未來,隨著基本半導(dǎo)體等廠商的SiC成本的進一步下降和封裝技術(shù)的進步,我們有理由相信,全SiC構(gòu)建的電力電子系統(tǒng)將主導(dǎo)從中低功率消費電子到兆瓦級電網(wǎng)裝備的廣闊市場,推動全球電氣化進程邁上新的臺階。


附錄:關(guān)鍵數(shù)據(jù)速查表

表 7-1 常見拓撲特性對比

變換類型 拓撲名稱 關(guān)鍵器件 主要優(yōu)勢 主要挑戰(zhàn) 典型應(yīng)用
AC/DC 圖騰柱 PFC (Totem-pole) SiC MOSFET 效率>99%,無整流橋損耗,雙向流動 CCM模式需WBG器件,過零點電流尖峰 EV Wallbox, 戶用儲能, 服務(wù)器電源
DC/AC ANPC (有源中點鉗位) SiC MOSFET 損耗分布均衡,熱管理優(yōu),適合高壓 控制策略復(fù)雜,器件數(shù)量多 1500V 光伏逆變器, 儲能PCS
DC/DC Buck-Boost SiC MOSFET 升降壓靈活 電流不連續(xù)(DCM),開關(guān)應(yīng)力大 電池充放電
DC/DC LLC 諧振 SiC MOSFET 全負載范圍軟開關(guān)(ZVS/ZCS),高頻化 頻率控制復(fù)雜,增益受負載影響 充電樁DC-DC級, 數(shù)據(jù)中心電源

表 7-2 BMF540R12MZA3 SiC模塊參數(shù)概覽

參數(shù) 符號 數(shù)值 (25°C) 數(shù)值 (175°C) 設(shè)計啟示
導(dǎo)通電阻 RDS(on)? ~2.60 mΩ ~4.81 mΩ 高溫下?lián)p耗增加可控,優(yōu)于IGBT
閾值電壓 VGS(th)? ~2.71 V ~1.85 V 必須使用米勒鉗位防止高溫誤導(dǎo)通
反向傳輸電容 Crss? ~53 pF ~47 pF 極小的電容支持極快的開關(guān)速度 (>50V/ns)

審核編輯 黃宇
聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

    評論

    相關(guān)推薦
    熱點推薦

    什么是MOSFET柵極氧化層?如何測試SiC碳化硅MOSFET的柵氧可靠性?

    隨著電力電子技術(shù)的不斷進步,碳化硅MOSFET因其高效的開關(guān)特性和低導(dǎo)通損耗而備受青睞,成為高功率、高頻應(yīng)用中的首選。作為碳化硅
    發(fā)表于 01-04 12:37

    報名 | 半導(dǎo)體(SiC、GaN)電力電子技術(shù)應(yīng)用交流會

    `由電氣觀察主辦的“半導(dǎo)體(SiC、GaN)電力電子
    發(fā)表于 07-11 14:06

    碳化硅二極管選型表

    、GaP、InP等)之后發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材料。作為一種半導(dǎo)體材料,碳化硅具有
    發(fā)表于 10-24 14:21

    600V碳化硅二極管SIC SBD選型

    半導(dǎo)體器件具有導(dǎo)通電阻小、阻斷電壓高、耐高溫耐高壓等優(yōu)點。隨著SiC半導(dǎo)體工藝的成熟,SiC成為工作于較高環(huán)境溫度和較大功率場合下的--
    發(fā)表于 10-24 14:25

    碳化硅半導(dǎo)體器件有哪些?

      由于碳化硅具有不可比擬的優(yōu)良性能,碳化硅半導(dǎo)體材料的一種,主要特點是高熱導(dǎo)率、高飽和
    發(fā)表于 06-28 17:30

    一文知道應(yīng)用趨勢

    范圍的高性能硅方案,也處于實現(xiàn)的前沿,具備全面的陣容,產(chǎn)品涵蓋
    發(fā)表于 10-30 08:37

    碳化硅基板——三代半導(dǎo)體的領(lǐng)軍者

    泛的半導(dǎo)體材料之一,憑借碳化硅SiC)陶瓷材料自身優(yōu)異的
    發(fā)表于 01-12 11:48

    碳化硅陶瓷線路板,半導(dǎo)體功率器件的好幫手

    已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體消費國,半導(dǎo)體消費量占全球消費量的比重超過40%,其中以碳化硅材料(SiC)為代表的第三代半導(dǎo)體大功率
    發(fā)表于 03-25 14:09

    被稱為第三代半導(dǎo)體材料的碳化硅有著哪些特點

    半導(dǎo)體材料的一種,主要特點是高熱導(dǎo)率、高飽和以及電子漂移速率和高擊場強等,因此被應(yīng)用于各種半導(dǎo)體
    發(fā)表于 02-20 15:15

    半導(dǎo)體發(fā)展迅猛 碳化硅MOSFET未來可期

    在高端應(yīng)用領(lǐng)域,碳化硅MOSFET已經(jīng)逐漸取代硅基IGBT。以碳化硅、氮化鎵領(lǐng)銜的
    發(fā)表于 07-06 12:49 ?1787次閱讀

    半導(dǎo)體核心材料碳化硅襯底到底貴在哪里?

    碳化硅襯底是新近發(fā)展的半導(dǎo)體核心材料,碳化硅
    的頭像 發(fā)表于 10-09 16:38 ?1869次閱讀
    <b class='flag-5'>寬</b><b class='flag-5'>禁</b><b class='flag-5'>帶</b><b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b>的<b class='flag-5'>核心</b>材料<b class='flag-5'>碳化硅</b>襯底到底貴在哪里?

    SiC碳化硅功率半導(dǎo)體器件銷售團隊培訓(xùn)材料:功率半導(dǎo)體拓撲架構(gòu)

    傾佳電子(Changer Tech)銷售團隊培訓(xùn)材料:功率半導(dǎo)體拓撲架構(gòu)與基本
    的頭像 發(fā)表于 12-22 08:17 ?221次閱讀
    <b class='flag-5'>SiC</b><b class='flag-5'>碳化硅</b>功率<b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b>器件<b class='flag-5'>銷售</b><b class='flag-5'>團隊</b><b class='flag-5'>培訓(xùn)</b>材料:功率<b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b><b class='flag-5'>拓撲</b>架構(gòu)

    SiC碳化硅MOSFET功率半導(dǎo)體銷售培訓(xùn)手冊:電源拓撲與解析

    SiC碳化硅MOSFET功率半導(dǎo)體銷售培訓(xùn)手冊:電源拓撲
    的頭像 發(fā)表于 12-24 06:54 ?399次閱讀
    <b class='flag-5'>SiC</b><b class='flag-5'>碳化硅</b><b class='flag-5'>MOSFET</b>功率<b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b><b class='flag-5'>銷售</b><b class='flag-5'>培訓(xùn)</b>手冊:電源<b class='flag-5'>拓撲</b>與解析

    功率半導(dǎo)體銷售培訓(xùn)手冊:電力電子核心技術(shù)與SiC碳化硅功率器件的應(yīng)用

    傾佳電子功率半導(dǎo)體銷售培訓(xùn)手冊:電力電子核心技術(shù)與
    的頭像 發(fā)表于 01-04 07:36 ?698次閱讀
    功率<b class='flag-5'>半導(dǎo)體</b><b class='flag-5'>銷售</b><b class='flag-5'>培訓(xùn)</b>手冊:<b class='flag-5'>電力</b><b class='flag-5'>電子</b><b class='flag-5'>核心</b>技術(shù)與<b class='flag-5'>SiC</b><b class='flag-5'>碳化硅</b>功率器件的應(yīng)用

    銷售團隊認知培訓(xùn)電力電子接地系統(tǒng)架構(gòu)與SiC碳化硅功率器件的高頻應(yīng)用

    傾佳電子楊茜碳化硅MOSFET銷售團隊認知培訓(xùn)電力
    的頭像 發(fā)表于 01-12 10:05 ?87次閱讀
    <b class='flag-5'>銷售</b><b class='flag-5'>團隊</b>認知<b class='flag-5'>培訓(xùn)</b>:<b class='flag-5'>電力</b><b class='flag-5'>電子</b>接地系統(tǒng)架構(gòu)與<b class='flag-5'>SiC</b><b class='flag-5'>碳化硅</b>功率器件的高頻應(yīng)用