当前位置:首页 > 工业控制 > 工业控制
[导读]包括光伏逆变器、电气驱动装置、UPS及HVDC在内的功率转换系统,需要栅极驱动器、微控制器、显示器、传感器及风扇来使系统正常运行。这类产品需要能够提供12V或24V低电压电源的辅助电源。辅助电源则需要输入通常工业设备所使用的三相400/480V AC电源、或太阳能光伏逆变器所使用的高电压DC电源才能工作。本文将介绍融入了ROHM的SiC技术优势且设计简单、性价比高的电源解决方案。

前言

包括光伏逆变器、电气驱动装置、UPS及HVDC在内的功率转换系统,需要栅极驱动器、微控制器、显示器、传感器及风扇来使系统正常运行。这类产品需要能够提供12V或24V低电压电源的辅助电源。辅助电源则需要输入通常工业设备所使用的三相400/480V AC电源、或太阳能光伏逆变器所使用的高电压DC电源才能工作。本文将介绍融入了ROHM的SiC技术优势且设计简单、性价比高的电源解决方案。

小型辅助电源用SiC MOSFET

图1是辅助电源所用的普通电路。在某些输入电压条件下,MOSFET的最高耐压需要达到1300V。为了确保安全,需要一定的电压余量,因此一般来讲至少需要使用额定电压1500V的产品。当然也可以使用具有同样绝缘击穿电压的Si MOSFET,但损耗将变大,故而需要昂贵且厚重的散热器。

 

 

图1. 普通反激式转换器方式的辅助电源拓扑

另外还有使用更复杂的拓扑结构(双端反激式转换器方式、低电压器件串联等)而不使用1500V MOSFET的做法。但是,这些做法不仅会增加设计难度,还会使部件数量增加。

如果使用特定导通电阻仅为1500V Si-MOSFET的1/2(参见图2)的1700V SiC-MOSFET,则辅助电源的设计者们将能够使用简单的单端反激式转换器的拓扑,从而获得小巧的身材和良好的性能。ROHM拥有完全塑封的TO-3PFM封装以及表面贴装型封装(TO-268-2L)技术,并提供适用于此类应用的高耐压SiC-MOSFET。这些产品的特点是分别可确保5mm和5.45m的爬电距离。

 

 

图2. 特定导通电阻条件下的Si和SiC MOSFET性能比较

极具性价比且实现SiC单端反激式拓扑结构的控制IC

采用了SiC-MOSFET的反激式转换器的辅助电源解决方案,因采用了ROHM的控制IC而更具魅力和吸引力。这种控制IC的设计利用反激式转换器安全可靠地驱动SiC-MOSFET,而且不会因栅极驱动器IC而变得复杂。

ROHM针对目前可入手的几款SiC-MOSFET,开发出特别满足各元器件栅极驱动所需条件的准谐振AC/DC转换器控制IC“BD768xFJ”并已实施量产。这款控制IC与ROHM的1700V耐压SiC-MOSFET相结合,可以最大限度地发挥产品的效率与性能。BD768xFJ不仅可控制所有的反激式电路,还能够以适当的栅极电压驱动SiC-MOSFET,从而保证最佳性能。此外,还可通过栅极箝位功能和过载保护功能来保护SiC-MOSFET。

BD768xFJ这款控制IC,采用小型SOP8-J8封装,具备电流检测用的外置分流电阻和过负载、输入欠压、输出过电压保护等保护功能以及软启动等功能。搭载了准谐振开关,以在全部工作范围内将EMI抑制在最低水平,并降低开关损耗。另外,为了优化在低负载范围的工作,控制器还安装了突发模式工作和降频功能。

下图中是采用了BD768xFJ控制IC和ROHM生产的1700V耐压SiC-MOSFET的辅助电源的主要电路,简单而又高性能。

 

 

图3. 使用了BD768xFJ控制IC和1700V耐压SiC-MOSFET的辅助电源电路

使用了SiC-MOSFET的辅助电源的性能

ROHM为了便于对使用了SiC-MOSFET的简单辅助电源的性能进行评估而专门开发了评估板(参见图4)。这款评估板为了在准谐振开关AC/DC转换器中驱动1700V耐压SiC-MOSFET“SCT2H12NZ”而使用了BD768xFJ-LB。准谐振工作有助于将开关损耗控制在最低并抑制EMI。电流检测通过外置的电阻器进行。另外,通过使用轻负载时的突发模式工作和降频功能,还可实现节能化与高效化。

 

 

图4. 使用了SiC-MOSFET的辅助电源单元用评估板

SiC-MOSFET的开关波形如图5所示。通过不同输出负载的波形可以看出在接通SiC-MOSFET时谐振漏源电压如何变化。采用准谐振工作,可最大限度地降低开关损耗和EMI。轻负载时(Pout = 5W时,左图)的突发工作模式结束后,转为准谐振工作模式。通过跳过很多波谷来控制频率。当输出负载増加(Pout = 20W时,中图)时,波谷数量减少,频率上升。当接近规定的最大输出负载(在这种情况下Pout = 40W,右图)时,将只有一个波谷。此时,开关频率达到最大值120kHz。

另外,为了延长一次侧的开关导通时间,可以稍微降低开关频率并提高输出功率的要求。这样,一次侧电流峰值增加,传输的能量也增加(Pout = 40W时)。当超过最大输出功率时,过电流保护功能工作并阻止开关动作,以防止系统过热。

 

 

图5. 准谐振工作时的SiC-MOSFET开关波形

首先,评估板因有两个工作点而以电流不连续模式(DCM)工作。然后,在最后一个工作点(40W)时正好达到电流临界模式(BCM)。根据不同的输入电压,DCM和BCM在不同的输出功率进行切换。

图6左侧是对于不同的输入电压,在最大40W的负载范围输出12V电压时的效率。如图6右侧所示,通过测量可知SiC-MOSFET的外壳温度保持在90℃以下。SiC-MOSFET的最大容许结温为175℃。芯片-外壳间的热阻远远低于外壳-环境间的热阻,因此只要是结温低于上限值的外壳即可以说是安全的。这表明该评估板即使在高达40W的输出功率条件下,无需散热器也可工作。另外,如果对SiC-MOSFET增加散热器来冷却输出整流二极管,则可以实现更高的输出功率。

 

 

图6. 使用了SiC-MOSFET的辅助电源单元评估

这里给出的是各DC输入电压的测量值,利用400 / 480V的三相AC电源也可运行评估板。PCB上安装了整流所需的二极管电桥。

利用SiC-MOSFET技术,可实现小型化并提高系统效率、可靠性及简洁性

在需要几十瓦的简单且性价比高的三相输入用单端反激式解决方案和超过400V的DC输入电压条件下,Si-MOSFET并不适用。因为大电压Si功率MOSFET的性能较低。另外,使用双端反激式或堆叠式MOSFET等设计复杂结构的辅助电源,是非常费时费力的。这部分精力应该用在主电源系统的设计上。

利用1700V SiC-MOSFET的优异性能和BD768xFJ控制IC,不仅能够设计三相系统用或高DC输入电压用的简单辅助电源,而且还可以发挥出卓越的性能。 利用基于SiC-MOSFET的技术,设计人员可提高产品的效率、简洁性、可靠性并实现小型化。1700V SiC-MOSFET在性能方面的优势可以与使用了Si-MOSFET的解决方案系统的成本相匹敌,比如可削减散热器、线圈等昂贵部件的成本。经过优化的控制IC可安全地驱动SiC-MOSFET,是能够减轻设计负担并将系统产品投入市场的周期最短化的极具突破性的解决方案。

ROHM的官网公开了更详细的电路图、尺寸指南、部件清单以及更详细的应用说明。另外,还可联系ROHM获取专为辅助电源单元而优化了控制IC和SiC-MOSFET的评估板。

关于更多ROHM的“SiC解决方案”,欢迎亲临下述研讨会聆听体验!

名 称:上海国际电力元件、可再生能源管理展览会(PCIM Asia)-电力电子技术应用论坛

时 间:2018年6月26日13:50~14:30

主 题:《面向新能源汽车的SiC解决方案》

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

微型直流电机是一种小型、高速、高效的直流电动机,广泛应用于各种家用电器、工业设备和电动工具等领域。本文将详细介绍微型直流电机的定义、特点、型号识别方法以及应用场景。

关键字: 微型直流电机 工业设备 电机

风扇电机是许多设备中必不可少的组成部分,如电脑、空调、工业设备等。然而,有时风扇电机可能会出现问题,影响设备的正常运行。因此,了解如何测试风扇电机的好坏是非常重要的。本文将详细介绍测试风扇电机的方法和判断标准,帮助您快速...

关键字: 风扇电机 工业设备 设备

小电机广泛应用于各个领域,如家用电器、工业设备等。因此,对小电机的检测非常重要。本文将详细介绍小电机怎么测好坏,以及相关的方法。

关键字: 小电机 工业设备 直流电阻

设备维护是现代工业和商业领域的一个关键方面。它旨在确保设备的正常运行、提高设备的寿命、降低维修成本,并最大程度地减少停机时间。红外热像仪是一种在设备维护中发挥关键作用的先进工具。本文将探讨红外热像仪在设备维护中的各种应用...

关键字: 红外热像仪 设备维护 工业设备

为了让客户放心地为产品寿命长的设备选用产品,罗姆公布长期供货产品及其供货期

关键字: 工业设备 半导体

新推出40V~150V耐压的共13款产品,非常适用于工业设备电源和各种电机驱动

关键字: 工业设备 电机驱动 MOSFET

非常适用于车载和工业设备的双面散热功率模块!即将推出15W级额定功率业界超小“PSR330”和“PSR100”的0.2mΩ产品

关键字: 分流电阻器 锂离子电池 工业设备

济南2023年1月28日 /美通社/ -- 近日,工信部公布2022年工业互联网APP优秀解决方案名单,浪潮云洲2个解决方案入选,包括质量码产业数字化与品牌提升APP应用解决方案、基于标识解析技术的工业设备监控运维解决方...

关键字: APP 工业互联网 终端设备 工业设备

9月26日,提供物联网整体解决方案的自连电子科技(上海)有限公司(以下简称“自连科技”)在上海举行产品发布会,针对大健康和新基建两大应用场景,发布了一系列产品:结合Wi-Fi 6的嵌入式模块和中间件终端系列、智能物联网关...

关键字: 物联网 医疗 工业设备

济南2023年1月3日 /美通社/ -- 近日,山东省两化融合促进中心公布“2022年山东省两化融合优秀企业、先进个人、优秀解决方案厂商、推进先进单位”名单。凭借提报的矿山精益运营管理平台解决方案、基于标识解析技术的工业...

关键字: 数字化 工业互联网 工业设备 安全管理
关闭
关闭