Добро пожаловать в Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.

Практически все электродвигатели, электромобили, быстрые зарядные устройства и системы возобновляемой энергии оснащены вспомогательными источниками питания с низким энергопотреблением. Хотя по сравнению с основными силовыми каскадами такие источники питания обычно уделяется меньше внимания, они остаются ключевым компонентом, обеспечивающим эффективную работу системы. Повышение надежности системы, уменьшение ее размеров и сокращение затрат при одновременном минимизировании рисков и поддержке многоисточникового снабжения — конструкторы постоянно сталкиваются с этими зачастую противоречивыми задачами.

Wolfspeed представила серию MOSFET из карбида кремния промышленного класса C3M0900170x и сертифицированную по автомобильному стандарту (AEC-Q101) серию E3M0900170x, которые расширяют возможности проектирования вспомогательных источников питания в диапазоне от 20 до 200 Вт. Эти источники питания становятся все более важными для быстрорастущих рынков возобновляемых источников энергии, управления промышленными двигателями и электрификации транспортных средств. Опираясь на надежную технологию Wolfspeed третьего поколения на основе карбида кремния и эксклюзивно произведенные на ведущем в отрасли заводе по производству 200-мм пластин, эти серии продуктов позволяют инженерам переосмыслить подход к решению различных компромиссов при проектировании вспомогательных источников питания с низким энергопотреблением.

В дополнение к корпусам TO-247-3 (D) и TO-263-7 (J), в ассортимент Wolfspeed добавлен новый полностью литой корпус TO-3PF (M) для промышленных применений. Этот корпус позволяет снизить затраты на сборку и риск ошибок за счет отказа от использования изолирующих теплопроводящих материалов. Кроме того, корпус TO-3PF (M) повышает надежность продукта в суровых условиях эксплуатации за счет увеличения минимального расстояния между выводами до 4,85 мм и отсутствия открытых деривационных пластин.

Более высокая производительность и возможность подключения по принципу «plug-and-play»

По сравнению с предыдущей серией C2M 1700 V и продуктами конкурентов, технологии SiC MOSFET C3M и E3M от Wolfspeed предлагают ряд улучшений. В новой серии C3M / E3M заряд затвора снижен с 22 нКл в эквивалентных устройствах C2M до всего 10 нКл, что уменьшает потребность в мощности для управления затвором и упрощает запуск в импульсных источниках питания. Кроме того, снижена выходная емкость, что привело к уменьшению Eoss на 30 % и, как следствие, к снижению потерь при переключении.

Достичь улучшений на системном уровне не всегда легко, поскольку изменение конструкции может потребовать значительных затрат времени и ресурсов. В большинстве существующих конструкций вспомогательных источников питания с низким энергопотреблением новые MOSFET из карбида кремния серии 900 мОм от Wolfspeed обладают совместимостью «plug-and-play», что позволяет в полной мере использовать преимущества новых устройств без значительных перепроектирований. С точки зрения корпуса, TO-247-3 (корпус со сквозными отверстиями) и TO-263-7 (поверхностный монтаж) совместимы с другими кремниевыми и карбид-кремниевыми устройствами, доступными на рынке, и не требуют изменения компоновки печатной платы или креплений радиатора.

Многие вспомогательные источники питания имеют выход 12–15 В для работы других элементов управления или нагрузок. Серия C3M/E3M может напрямую использовать эту шину напряжения для контроллера с обратной связью и получаемого напряжения затвора, не требуя отдельной вспомогательной обмотки или отвода трансформатора, чтобы обеспечить более высокое напряжение 18–20 В, необходимое для предыдущих поколений и некоторых конкурентных продуктов.

Уровни напряжения затвора конкурентных продуктов на основе кремния и карбида кремния варьируются от 12 до 20 В, что усложняет задачу проектировщиков при разработке многоисточниковых конструкций. К счастью, серия Wolfspeed C3M0900170x напрямую поддерживает 12–18 ВGS. Благодаря оптимизированному внутреннему сопротивлению затвора устройства Wolfspeed могут работать в условиях цепи с напряжением до 22 В. В конструкциях с напряжением затвора > 18 В можно использовать диод Зиннера вместо внешнего сопротивления затвора, чтобы снизить напряжение привода до диапазона 12–18 В.

Замените RG_EXT на диод Зиннера 3,3 В, чтобы снизить VGS на затворе MOSFET.

Улучшение характеристик при модернизации кремниевых систем

Хотя в этой системе можно использовать и высоковольтные (1500–2000 В) кремниевые MOSFET, их недостатком является высокая стоимость и большие потери из-за высокого RDS(ON) на единицу площади для устройств 1–2 Ом. Вместо этого можно использовать кремниевые устройства с более низким напряжением, применяя топологию с двумя переключателями и обратной связью. Хотя такие устройства дешевле, конструкция топологии с двумя переключателями более сложна и требует большего количества компонентов и места.

MOSFET из карбида кремния идеально подходят для такого диапазона напряжений и позволяют легко достичь низкого RDS(ON) и низких потерь при переключении, что необходимо для вспомогательных источников питания. Конструкторы могут использовать топологию с одним переключателем, что позволяет избежать дополнительных схем и сложности конструкции, необходимых для конструкции с двумя переключателями.

Топология с двумя переключателями требует большего количества компонентов и дополнительной площади печатной платы

Упрощенная конструкция с одним переключателем и MOSFET из карбида кремния позволяет сэкономить место и снизить стоимость.

Прочная конструкция для всех применений

Вспомогательные источники питания используются во многих промышленных и автомобильных применениях, где требуется длительный срок службы и надежная работа. Серии C3M / E3M рассчитаны на рабочую температуру от -55 °C до +175 °C, что делает их пригодными для использования в условиях экстремальных температур. Модели C3M0900170D, C3M0900170J и E3M0900170D прошли испытания THB-80 (HV-H3TRB) при условиях испытаний: влажность 85 %, температура окружающей среды 85 °C, напряжение блокировки 1360 В в течение 1000 часов.

При обсуждении устойчивости полупроводников в различных приложениях необходимо учитывать коэффициент отказов (FIT), вызванный космическим излучением. Серии Wolfspeed C3M / E3M еще больше снизили и без того низкий коэффициент отказов (FIT) старой серии C2M за счет усовершенствованной конструкции устройств и уменьшения размера чипов. По сравнению с предыдущим поколением, типичная схема обратной связи с напряжением шины 1200 В, использующая устройства Wolfspeed третьего поколения, продемонстрировала снижение коэффициента отказов (FIT) на 65 % после 10 лет непрерывной работы на уровне моря.

Ресурсы для разработки систем на основе карбида кремния

Wolfspeed является лидером в области предоставления инженерной поддержки, и новые компоненты серии 1700 В не являются исключением. Ознакомьтесь с приведенными ниже ресурсами, чтобы ускорить разработку с помощью новых устройств серии C3M / E3M 900 мОм 1700 В.