寬帶隙材料目前在電力電子市場(chǎng)上取得了重大進(jìn)展，其性能比硅好得多。新電子元件的研究和開發(fā)以及由此取得的成果不斷發(fā)展。碳化硅 （SiC） 技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要與其電阻有關(guān)。通過使用這種技術(shù)，可以獲得與使用硅基技術(shù)可獲得的相同電阻，但第一種允許我們采用更小的質(zhì)量。

介紹

碳化硅 （SiC） 和氮化鎵 （GaN） 等寬帶隙 （WBG） 器件是當(dāng)下的“熱門話題”，隨之而來的是將每個(gè)器件的尺寸減小到幾乎為零的承諾各種應(yīng)用，例如為無線電池和電源轉(zhuǎn)換器充電。

PCIM 令人興奮，它提供了有關(guān)新思想、技術(shù)和產(chǎn)品的有趣信息，為公司提供了促進(jìn)和支持其行業(yè)的機(jī)會(huì)。PCIM 歐洲顧問委員會(huì)授予來自瑞士 ABB 公司研究部的 Jürgen Schuderer 題為“汽車牽引逆變器的高功率碳化硅和硅模塊平臺(tái)”最佳論文。

在 PCIM 的第一天，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的 Fred Lee 教授發(fā)表了題為“下一代電源”的激動(dòng)人心的主題演講，重點(diǎn)介紹了電源在這些年來取得的發(fā)展。目前，質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，而且由于材料領(lǐng)域的進(jìn)一步進(jìn)步，它們可以繼續(xù)發(fā)揮作用。進(jìn)步還導(dǎo)致了許多旨在管理高開關(guān)頻率請(qǐng)求的電路挑戰(zhàn)的發(fā)展。

目前，SiC 器件的常規(guī)電壓范圍為 650V 至 1200V，甚至更高，而 GaN 僅限于 650V 左右。封裝是設(shè)備之間更明顯的區(qū)別；碳化硅器件通常在 TO-247 和 TO-220 房屋中提供，允許快速更換現(xiàn)有項(xiàng)目中的 MOSFET 和 IGBT，并提供直接優(yōu)勢(shì)。

PCIM核心

在 PCIM 上，許多公司展示了許多解決方案，有 500 多家參展商提供教程、演示和海報(bào)，這些都是學(xué)術(shù)和研究層面的活動(dòng)特點(diǎn)。公司已經(jīng)為各種應(yīng)用建立了許多包裝解決方案。

Danisense推出了適用于 OEM 應(yīng)用的新型高性能 200A 電流傳感傳感器，例如粒子加速器和強(qiáng)子治療設(shè)備中的磁場(chǎng)電源、變頻驅(qū)動(dòng)器、電池充電器計(jì)量和監(jiān)控。特別是，它已被CERN的團(tuán)隊(duì)用作重要升級(jí)計(jì)劃的一部分。所述DC200IF換能器提供的DC和AC與+/- 0.1絕對(duì)精度可達(dá)5kHz的計(jì)量。

英飛凌新聞發(fā)布會(huì)強(qiáng)調(diào)了近年來持續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)方面，這主要是由汽車市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的。英飛凌推出了一個(gè)新的封裝：Easy 3B。連同其他 Easy 1B 和 2B 封裝，這包括最廣泛的功率模塊產(chǎn)品組合，高度為 12 mm，無底板。憑借最后一個(gè)三相逆變器模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以依靠最高的功率密度。

隨著其碳化硅 （SiC） MOSFET 基礎(chǔ)技術(shù)的生產(chǎn)斜坡安全完成，英飛凌進(jìn)入了全面的1200 V CoolSiC? MOSFET 器件分立產(chǎn)品組合的大批量生產(chǎn)。在 PCIM 上，英飛凌展示了新磁性電流傳感器系列的第一個(gè)成員：XENSIV? TLI4971 在工業(yè)應(yīng)用中提供準(zhǔn)確和穩(wěn)定的電流測(cè)量。此外，對(duì)于汽車客戶，英飛凌擁有四款HybridPACK? Drive 電源模塊的新衍生產(chǎn)品，用于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車的主逆變器。它們針對(duì) 100 kW 和 200 kW 之間的不同逆變器性能水平進(jìn)行了優(yōu)化。

該Littelfuse的立場(chǎng)非常具有在高功率領(lǐng)域的最新創(chuàng)新耐人尋味。特別是，它推出了一種新的 1000V 超結(jié)，特別適合高效率、高功率密度應(yīng)用。其中包括諧振模式電源、電池充電器和焊接逆變器。

Pre-Switch 首席執(zhí)行官 Bruce T. Renouard 展示了 CleanWave 200W 碳化硅逆變器評(píng)估系統(tǒng)，該系統(tǒng)使電源設(shè)計(jì)工程師能夠研究公司軟開關(guān)架構(gòu)和平臺(tái)在不同負(fù)載、溫度、設(shè)備容差和退化條件下的準(zhǔn)確性。Pre-Switch 的平臺(tái)，包括由 Pre-Flex? FPGA 驅(qū)動(dòng)的 Pre-Drive? 控制器板和 RPG 門驅(qū)動(dòng)器板，幾乎消除了開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)了 100kHz 的快速開關(guān)，顯著提高了低扭矩電機(jī)效率（圖 5） 。

圖 5：Pre-Switch 的平臺(tái)

ROHM Semiconductor 推出了四款新的汽車級(jí) 1200V 額定 IGBT，它們非常適用于電子壓縮機(jī)中使用的逆變器和正溫度系數(shù) （PTC） 加熱器中使用的開關(guān)電路。隨著內(nèi)置 1700V SiC MOSFET 的 BM2SCQ12xT-LBZ 系列 AC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 的上市，產(chǎn)品組合不斷增加（圖 6）。

ROHM Semiconductor 總裁 Toshimitsu Suzuki 表示：“PCIM Europe 2019 不僅是一次成功的展會(huì)，甚至超出了我們的預(yù)期。展會(huì)上產(chǎn)生的潛在客戶將使我們非常忙碌，我們很高興看到我們的技術(shù)在歐洲市場(chǎng)如此受歡迎。”

Wolfspeed 為電動(dòng)汽車、工業(yè)和可再生能源應(yīng)用推出了全新的、完全集成的產(chǎn)品組合。該產(chǎn)品組合包括C3M MOSFET、C6D Gen 6 二極管 和XM3 電源模塊。XM3 針對(duì)高密度、低電感占位面積的 SiC MOSFET 進(jìn)行了優(yōu)化，可提供出色的電氣、熱和可靠性性能，同時(shí)減少系統(tǒng)故障并增強(qiáng)功率循環(huán)能力（圖 7）。

Wolfspeed E 系列 SiC MOSFET 提供業(yè)界最低的開關(guān)損耗和最高的品質(zhì)因數(shù)。E 系列 MOSFET 經(jīng)過優(yōu)化，可用于 EV 電池充電器和高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

圖 7：Wolfspeed 的 XM3 設(shè)備

GaN Systems的首席執(zhí)行官Jim Witham舉行了一場(chǎng)有趣的演講，演講的題目是“GaN 和工業(yè) 4.0——正在徹底改變行業(yè)的小變化”。GaN Systems 展示了650 V、150 A GaN 功率晶體管 ——業(yè)界電流最高的 650 V GaN 功率晶體管 ——其開關(guān)損耗比同類 IGBT 低 100 倍。此外，還展示了來自客戶和合作伙伴的廣泛的新產(chǎn)品、設(shè)備和系統(tǒng)，其中許多目前正在生產(chǎn)中（圖 8）。

圖 8：GaN Systems 的功率晶體管

螺旋半導(dǎo)體展示了一個(gè)新的 DC-DC 產(chǎn)品系列，可最大限度地提高薄型 DC-DC 功率傳輸，以創(chuàng)建一流的高功率密度解決方案。新產(chǎn)品系列由五個(gè)單片、可配置、高壓開關(guān)電容器 IC 組成，面向非隔離和隔離、降壓或升壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。Nick Vergunst 發(fā)表了題為“電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)的新前沿”的精彩演講，重點(diǎn)介紹了新型電力電子設(shè)備的關(guān)鍵方面，以及對(duì)日益提高的功率密度的強(qiáng)烈需求。Nick 展示了 Helix 獲得專利的 MuxCapacitor? （MuxCap?） 和電容隔離 （Capso?），這兩種技術(shù)支持更小、更冷、更高效的產(chǎn)品背后的技術(shù)。

圖 9：McX300 的評(píng)估板

LEM憑借 LZSR 系列傳感器擴(kuò)大了其市場(chǎng)，這是一個(gè)可以安裝在印刷電路板上的新系列，用于對(duì)直流、交流和脈沖電流進(jìn)行非侵入式隔離測(cè)量，額定電流為 100A 至 200A。該系列包括三個(gè)新型號(hào)：LZSR 100-P、LZSR 150-P 和 LZSR 200-P（圖 10）。在 -40 到 +85°C 的溫度范圍內(nèi)工作，LZSR 偏移漂移比使用傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)芯片的上一代閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器好得多（最多好 7 倍）。

與內(nèi)部鍵合線通常會(huì)限制性能的其他封裝不同，Nexperia提供的 LFPAK88 器件利用銅夾和焊接芯片來連接結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)低電阻和熱阻、良好的電流傳播和散熱。LFPAK88 MOSFET 提供汽車級(jí) （BUK） 和工業(yè) （PSMN） 級(jí)。

ADI 公司的專家討論了當(dāng)前的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)挑戰(zhàn)。在論壇會(huì)議期間，戰(zhàn)略營(yíng)銷經(jīng)理 Stefano Gallinaro 舉辦了一場(chǎng)題為“儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池管理：生態(tài)系統(tǒng)中的創(chuàng)新”的會(huì)議，重點(diǎn)介紹了隔離柵極控制和電源管理集成電路 （PMIC） 的各個(gè)方面。各種演示突出了 ADI 為從事高功率系統(tǒng)能量存儲(chǔ)領(lǐng)域工作的系統(tǒng)集成商和設(shè)計(jì)人員提供的服務(wù)，這些領(lǐng)域需要提供更高水平的轉(zhuǎn)換效率。

Power Integrations 宣布推出一套包含 900 V 初級(jí) MOSFET 的離線開關(guān) IC。新發(fā)布的器件包括用于高效隔離反激電源和簡(jiǎn)單非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的 IC。新產(chǎn)品包括 900 V 版本的LinkSwitch?-TN2 IC、InnoSwitch?3-EP IC 系列，可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 35 W 的極高效率隔離反激（圖 11）。

Coilcraft繼續(xù)開發(fā)新的 XGL4020 系列高性能模制功率電感器。XGL4020 具有業(yè)界最低的直流損耗和極低的交流損耗，適用于各種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器（從數(shù)百 kHz 到 5+ MHz）。XGL4020 可提供從 0.33 到 8.2 μH 的各種電感值，具有高達(dá) 15.2 安培的額定電流和軟飽和特性（圖 12）。

德州儀器 （TI） 和三菱 （Texas Instruments） 和三菱 （Texas Instruments） 和三菱 （Texas Instruments） 和三菱 （Mitsubishi） 在會(huì)議室舉行了兩次有關(guān)運(yùn)動(dòng)控制和 SiC 技術(shù)的有趣演講（視頻 2 和 3），展示了他們的最新創(chuàng)新。運(yùn)動(dòng)控制是軟件和硬件的內(nèi)在結(jié)合，實(shí)際上代表了一個(gè)日益復(fù)雜和精密的控制模型。

在這一切中，電動(dòng)汽車需要高效的電子電源電路來將電能從不同的電壓電平轉(zhuǎn)換為交流電，反之亦然。這些電力電子電路的核心是電力電子，例如開關(guān)和逆變器。多年來，寬帶隙材料不斷被引入，例如碳化硅和氮化鎵，它們?cè)谠S多方面都優(yōu)于硅。獨(dú)特的特性還有助于減小其他電源電路組件的尺寸，例如冷卻系統(tǒng)和無源元件，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊、更輕的電力電子系統(tǒng)。

結(jié)論

GaN 和 SiC 技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)以其他方式無法實(shí)現(xiàn)的新一代功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。PCIM 強(qiáng)調(diào)了許多解決方案和改進(jìn)，從而為汽車和智能建筑的電源設(shè)想了一個(gè)新世界。基于寬帶隙技術(shù)的電源開關(guān)器件現(xiàn)已量產(chǎn)，并在實(shí)際電源應(yīng)用中提供高效率和功率密度。

審核編輯：郭婷