Компания ROHM объявила о разработке модулей питания 1200 В 400 А/600 А, полностью изготовленных из SiC [BSM400D12P3G002/ BSM600D12P3G001] и оптимизированных для инверторов и преобразователей в солнечных энергостабилизаторах, ИБП и источниках питания для промышленного оборудования.Благодаря новому корпусу с оригинальной внутренней структурой и оптимизированной системой отвода тепла, микросхема BSM600D12P3G001 обеспечивает номинальный ток 600 А, что позволяет использовать её в мощных приложениях, таких как крупномасштабные источники питания для промышленного оборудования. Кроме того, потери при переключении снижены на 64% (при температуре кристалла 150 °C) по сравнению с модулями IGBT с тем же номинальным током, что приводит к значительной экономии энергии. Уменьшенные размеры периферийных компонентов и высокая рабочая частота усиливают эффект снижения потерь при переключении на более высоких частотах, способствуя миниатюризации систем охлаждения и других систем. Например, на основе предварительных расчетов с использованием моделирования потерь в системах охлаждения, применение модулей SiC позволяет уменьшить размеры радиаторов с водяным охлаждением до 88%* по сравнению с эквивалентными модулями IGBT.
В последние несколько лет SiC находит все большее применение на растущем числе рынков, таких как автомобильная и промышленная отрасли, благодаря своим превосходным энергосберегающим характеристикам и спросу на продукцию, способную выдерживать более высокие токи. Однако для максимального использования высокоскоростных характеристик переключения SiC
— особенно в сильноточных изделиях, таких как силовые модули — необходим новый корпус, исключающий переходные перенапряжения во время переключения.
В марте 2012 года компания ROHM стала первой в мире, начавшей серийное производство силовых модулей, полностью изготовленных из карбида кремния (SiC), путем интеграции силовых полупроводников, состоящих исключительно из карбида кремния. С тех пор мы разработали мощные продукты с напряжением до 1200 В/300 А, которые нашли применение в различных областях. В этих новых модулях используется новая конструкция корпуса, которая расширяет наш ассортимент SiC-модулей, охватывая важный диапазон токов от 100 А до 600 А, тем самым удовлетворяя растущий спрос на рынке IGBT.
*Изделие рассчитано на напряжение 1200 В/600 А, управление ШИМ-инвертором, частоту переключения 20 кГц, толщину термопасты менее 40 мкм, характеристики радиатора взяты из представленных на рынке изделий, другие температурные условия и т.д. идентичны.
Основные характеристики
: 1. Снижение потерь при переключении повышает энергосбережение.
Модули питания, полностью изготовленные из SiC и оснащенные диодами Шоттки и SiC MOSFET-транзисторами ROHM, снижают потери при переключении на 64% (при температуре кристалла 150 °C) по сравнению с IGBT-транзисторами того же тока. Это минимизирует потери преобразования энергии в приложениях и способствует экономии энергии.
2. Высокочастотное управление уменьшает размеры периферийных компонентов.
Моделирование потерь, выполненное с использованием ШИМ-управления инвертором, показало снижение на 30% на частоте 5 кГц и еще более существенное снижение на 55% общих потерь при ШИМ на частоте 20 кГц по сравнению с эквивалентными модулями IGBT. На частоте 20 кГц размер радиатора может быть уменьшен до 88%. Высокочастотное управление также позволяет использовать более компактные пассивные компоненты.
Технологические проблемы достижения более высоких токов
1. Снижение индуктивности корпуса
Более высокий ток в модулях питания также увеличивает переходные перенапряжения во время переключения, что требует минимизации индуктивности корпуса. Однако, оптимизируя внутреннее размещение SiC-устройства, а также конфигурацию выводов и трассировку соединений, компания ROHM позволяет снизить внутреннюю индуктивность на 23% по сравнению с традиционными изделиями. Новый корпус G-типа от ROHM устраняет переходные перенапряжения на 27% при том же уровне потерь по сравнению со стандартными корпусами, что позволяет разрабатывать модули на 400 А и 600 А. Кроме того, этот новый корпус снижает потери при переключении на 24% при тех же условиях контроля переходных перенапряжений.
2. Улучшенное рассеивание тепла в корпусе:
Для достижения номинального тока 600 А необходимо не только уменьшить внутреннюю индуктивность, но и выделяемое тепло. Благодаря улучшенной плоскостности базовой пластины, которая значительно способствует отводу тепла от модуля, ROHM удалось снизить тепловое сопротивление между системой охлаждения и материнской платой заказчика на 57%.
Наряду с SiC-модулями, ROHM также предлагает плату драйвера затвора, которая обеспечивает быструю и простую оценку.
Ассортимент модулей питания на основе SiC
Терминология
• Индуктивность: Величина электродвижущей силы, создаваемой электромагнитной индукцией при изменении тока.
• Переходное перенапряжение: Напряжение, которое мгновенно колеблется в цепи, где постоянно течет электричество. В данном случае это относится к напряжению, генерируемому при выключении MOSFET.
• IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором): Биполярный транзистор, в затворе которого находится MOSFET.
• MOSFET (полевой транзистор с металлооксидным полупроводником): Наиболее часто используемая структура в полевых транзисторах, часто в качестве переключающего элемента.
• Диод Шоттки: Тип диода, обеспечивающий выпрямительные характеристики за счет использования барьера Шоттки, образованного переходом металл-полупроводник. Отсутствие неосновных носителей заряда приводит к более высокой скорости.
