作為一名山地自行車愛(ài)好者，我承擔(dān)了有計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)。為了讓我進(jìn)步，我必須推動(dòng)自己更快地跳過(guò)障礙物，提高速度，更緊地切彎，同時(shí)保存能量以取得強(qiáng)勁的成績(jī)。雖然喜歡冒險(xiǎn)，但我遠(yuǎn)不是像 Red Bull Rampage YouTube 視頻中熟練的山地自行車騎手那樣嘗試并成功登陸夢(mèng)幻般的峽谷跳躍（圖 1）的膽大妄為的人。在比賽的每個(gè)階段，我的目標(biāo)都是縮小我的實(shí)際表現(xiàn)和我的潛力之間的差距。

與山地自行車一樣，工業(yè)應(yīng)用總是隨著效率和功率的提高而變得更好。跨越這一差距的方法之一是采用寬帶隙技術(shù)。寬帶隙技術(shù)在不斷改進(jìn)，與幾年前相比，越來(lái)越多的產(chǎn)品變得可用且價(jià)格更加實(shí)惠。本博客將討論Littelfuse碳化硅 (SiC) 產(chǎn)品如何成為需要提高效率、可靠性和熱管理的應(yīng)用的理想選擇。

Littelfuse SiC MOSFET

所有Littelfuse 碳化硅 MOSFET都針對(duì)高頻、高效應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化（圖 2). 這些 SiC MOSFET 為高頻開(kāi)關(guān)提供低柵極電荷、低輸出電容和低柵極電阻。這些器件還具有低漏源導(dǎo)通電阻。這些 MOSFET 的低柵極電荷和導(dǎo)通電阻轉(zhuǎn)化為較低的傳導(dǎo)和開(kāi)關(guān)損耗。Littelfuse 提供內(nèi)部設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造的 SiC MOSFET，具有低柵極電荷和輸出電容、行業(yè)領(lǐng)先的性能以及在所有溫度下的堅(jiān)固性。Littelfuse SiC MOSFET 具有多種封裝、配置以及電壓和電流等級(jí)。可以受益于使用 SiC-MOSFET 的典型工業(yè)應(yīng)用包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光伏 (PV) 太陽(yáng)能逆變器、不間斷電源 (UPS) 系統(tǒng)和模塊化多電平轉(zhuǎn)換器。

圖 2：由于效率提高而受益于 SiC-MOSFET 的應(yīng)用包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、光伏太陽(yáng)能逆變器、UPS 系統(tǒng)和模塊化多電平轉(zhuǎn)換器。（來(lái)源：romaset - stock.adobe.com）

讓我們更仔細(xì)地看一個(gè)具體的例子。這是一個(gè)與 60W 輔助開(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS) 的低成本設(shè)計(jì)和高性能相關(guān)的用例。使用 1700V 級(jí)器件，例如 Littelfuse 的 SiC MOSFET，特別是他們的LSIC1MO170E0750 N 溝道 SiC MOSFET產(chǎn)品（圖 3），允許電源接受從 300V 到 1kV 的寬范圍輸入電壓。

圖 3：LSIC1MO170E0750 N 溝道 SiC MOSFET 為高頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用提供低柵極充電電阻和超低導(dǎo)通電阻。（來(lái)源：貿(mào)澤電子）

工業(yè)輔助電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

需要具有高可靠性的簡(jiǎn)單低復(fù)雜度設(shè)計(jì)，以確保輔助電源不會(huì)成為系統(tǒng)可靠性的限制因素。單開(kāi)關(guān)反激式拓?fù)涫堑凸β?DC-DC 電源轉(zhuǎn)換的最常見(jiàn)選擇，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件數(shù)量最少且成本低。然而，為輔助電源應(yīng)用的單開(kāi)關(guān)反激式拓?fù)溥x擇硅 MOSFET 存在一些挑戰(zhàn)。在反激拓?fù)渲校β书_(kāi)關(guān)器件必須具有承受總系統(tǒng)電壓的電壓能力，以解決最高輸入電源、變壓器感應(yīng)效應(yīng)、次級(jí)反射電壓和電路布置/布局效應(yīng)。

在 1000V 輸入時(shí)，功率開(kāi)關(guān)器件上的峰值電壓很容易超過(guò) 1200V，這使得選擇具有適當(dāng)阻斷電壓的硅 (Si) MOSFET 具有挑戰(zhàn)性。1500V Si MOSFET 的裕量較低，會(huì)引起可靠性問(wèn)題。額定 2000V 及以上的 Si MOSFET 可以提供足夠的余量。盡管如此，特定的導(dǎo)通電阻仍遠(yuǎn)高于較低電壓的 MOSFET，從而降低轉(zhuǎn)換器效率并影響熱管理。即使對(duì)于低功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用，這種結(jié)果也可能需要更廣泛的冷卻解決方案。此外，>2000V 額定電壓的 Si MOSFET 的成本要高得多。應(yīng)采用雙開(kāi)關(guān)反激式或其他拓?fù)鋪?lái)使用額定電壓為 1500V 及更低的 Si MOSFET。然而，雙開(kāi)關(guān)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和轉(zhuǎn)換器組件數(shù)量將顯著增加。

解決方案： 1700V DS，750mΩ SiC MOSFET

1700V SiC MOSFET 的引入為此類應(yīng)用提供了一種可能的解決方案，即通過(guò)使用簡(jiǎn)單的單開(kāi)關(guān)反激式拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍。1700V 的擊穿電壓即使對(duì)于 1000V 的輸入電壓也能提供足夠的電壓余量。1700V SiC MOSFET 的特定導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)低于 2000V 器件和額定值以上的 Si MOSFET。

此外，與 Si MOSFET 相比，SiC MOSFET 的開(kāi)關(guān)損耗更低。較低的開(kāi)關(guān)損耗還提供了增加輔助電源開(kāi)關(guān)頻率以減小變壓器尺寸和重量的選項(xiàng)。

它采用的 TO-247 封裝還具有較大的表面積和良好的導(dǎo)熱性，與低壓設(shè)備的較小外形封裝相比，熱管理更簡(jiǎn)單。

工業(yè)電源解決方案 WBG

借助 Littelfuse 的寬帶隙 SiC MOSFET，設(shè)計(jì)人員可以以更大的余量縮小間隙，以實(shí)現(xiàn)他們的電源和效率解決方案。有一件事是肯定的。縮小這個(gè)差距比讓我的自行車跨過(guò)下一個(gè)鴻溝要容易得多。

作者

Paul Golata 于 2011 年加入 Mouser Electronics。作為一名高級(jí)技術(shù)專家，Paul 通過(guò)推動(dòng)戰(zhàn)略領(lǐng)導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行以及先進(jìn)技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的整體產(chǎn)品線和營(yíng)銷方向，為 Mouser 的成功做出了貢獻(xiàn)。他通過(guò)提供獨(dú)特且有價(jià)值的技術(shù)內(nèi)容，為設(shè)計(jì)工程師提供電氣工程領(lǐng)域的最新信息和趨勢(shì)，促進(jìn)并提升貿(mào)澤電子作為首選分銷商的地位。

在加入 Mouser Electronics 之前，Paul 曾在 Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU 和 Arrow Electronics 擔(dān)任過(guò)各種制造、營(yíng)銷和銷售相關(guān)職務(wù)。他擁有 DeVry 理工學(xué)院（伊利諾伊州芝加哥）的 BSEET；佩珀代因大學(xué)（加利福尼亞州馬里布）的工商管理碩士學(xué)位；來(lái)自西南浸信會(huì)神學(xué)院（德克薩斯州沃思堡）的 MDiv w/BL；以及西南浸信會(huì)神學(xué)院（德克薩斯州沃思堡）的博士學(xué)位。

審核編輯黃昊宇