更豐富的 SiC FET 選擇，帶來(lái)更靈活的經(jīng)濟(jì)高效解決方案

許多選擇的決定因素或許頗為主觀，且在不斷變化。不過(guò)，若要為電動(dòng)汽車(chē)電源轉(zhuǎn)換器選擇半導(dǎo)體，你或許會(huì)希望用更科學(xué)的方法來(lái)判斷。UnitedSiC（如今為 Qorvo）提供了一種權(quán)衡得失的方法，可幫助計(jì)算評(píng)估并聯(lián)器件的數(shù)量和額定值、開(kāi)關(guān)頻率、工作模式、效率目標(biāo)、可接受的結(jié)溫溫升、導(dǎo)電和開(kāi)關(guān)損耗分?jǐn)傄约俺杀镜?。了解更多?/span>

這篇博客文章最初由United Silicon Carbide (UnitedSiC) 發(fā)布，該公司于 2021 年 11 月加入 Qorvo 大家庭。UnitedSiC 是一家領(lǐng)先的碳化硅 (SiC) 功率半導(dǎo)體制造商，它的加入促使 Qorvo 將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到電動(dòng)汽車(chē) (EV)、工業(yè)電源、電路保護(hù)、可再生能源和數(shù)據(jù)中心電源等快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。

人生在于取舍，有時(shí)，這種取舍往往會(huì)讓我們難以定奪。涉及到金錢(qián)時(shí)，這種取舍又會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的維度——如果我購(gòu)買(mǎi)一輛電動(dòng)汽車(chē)，能收回額外的成本嗎？要多久收回？減少二氧化碳排放的價(jià)值在哪里？哪款車(chē)型的二手價(jià)值最高？許多選擇的決定因素或許頗為主觀，且在不斷變化。不過(guò)，若要為電動(dòng)汽車(chē)電源轉(zhuǎn)換器選擇半導(dǎo)體，你或許會(huì)希望用更科學(xué)的方法來(lái)判斷。

如果做出了明智的選擇并決定使用 UnitedSiC 的寬帶隙SiC FET，則需要權(quán)衡并聯(lián)器件的數(shù)量和額定值、開(kāi)關(guān)頻率、工作模式、效率目標(biāo)、可接受的結(jié)溫溫升、導(dǎo)電和開(kāi)關(guān)損耗分?jǐn)傄约俺杀镜雀鞣矫嬉蛩?。選擇范圍通常會(huì)因?yàn)橐恍┩獠恳蛩囟s小：比如，在 3.6 kW 下，電動(dòng)汽車(chē)充電器中使用的圖騰柱功率系數(shù)校正級(jí)通常會(huì)產(chǎn)生 400V 電壓，工作頻率約為 60 kHz，在連續(xù)導(dǎo)通模式下，電感紋波電流約為 20%。鑒于這些條件，“快速開(kāi)關(guān)”支路中的 750V SiC FET 成為了一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇，該器件具有較低損耗，且導(dǎo)通電阻可低至 6 毫歐。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們還需要考慮成本，所以是否可以用一些損耗來(lái)?yè)Q取更低成本的部件呢？UnitedSiC 的在線FET-JET 計(jì)算器可幫您輕松地進(jìn)行評(píng)估，該計(jì)算器中提供各種功率轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作條件選項(xiàng)，可為您計(jì)算各種器件的開(kāi)關(guān)損耗、傳導(dǎo)損耗以及溫升。此外，您還可以在計(jì)算器中選擇并聯(lián)部件數(shù)量，并指定散熱器性能。

為了提供更廣泛的選擇，UnitedSiC 為其第 4 代 750V 器件提供了各種導(dǎo)通電阻性能點(diǎn)，總共 8 個(gè)點(diǎn)，阻值范圍為 6 毫歐 到 60 毫歐。在 FET-JET 計(jì)算器中選擇合適的相關(guān)器件，同時(shí)使用我們選定的條件，就可以得出下圖以及一些有趣的結(jié)果。

將 18 毫歐器件 (UJ4C075018K4S) 替換為 23 毫歐器件 (UJ4C075023K4S) 時(shí)，未出現(xiàn)任何效率下降，因?yàn)楸M管傳導(dǎo)損耗增加了，但開(kāi)關(guān)損耗降得更多。然而，與電阻更低的器件相比，較高電阻器件的成本降低了 20%。或許 33 毫歐器件 (UJ4C075033K4S) 就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，盡管其效率降低了 0.1%，功耗增加了 36W，但開(kāi)關(guān)成本卻降低了 40% 以上。在散熱性能相同的情況下，結(jié)溫上升了大約 6℃，但仍只有大約 102℃。與最好的 SiC FET 相比，60 毫歐器件 (UJ4C075060K4S) 的成本不到一半，但卻有 22W 的額外功耗，且結(jié)溫為 122 ℃。為更好地平衡成本與器件類(lèi)型和溫升之前的關(guān)系，可以考慮使用散熱性能更高的器件，但在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用中，其所需的空間和增加的重量卻有些不盡人意。

我們還可以考慮其他選項(xiàng)，如果我們將兩個(gè) 60 毫歐的器件并聯(lián)，那么總電阻可以減半，盡管會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗，但總熱阻卻會(huì)減少，這樣一來(lái)結(jié)溫上升就會(huì)降低，與溫度相關(guān)的導(dǎo)通電阻增幅也會(huì)隨之減小。FET-JET 計(jì)算器可以成為您的好助手，可讓您使用不同的導(dǎo)通電阻和散熱器選項(xiàng)來(lái)查看多種器件的效果。甚至還可以幫您找到一個(gè)臨界點(diǎn)，此時(shí)，最低損耗和更高成本器件的組合可將所需的散熱性能降至無(wú)需液體冷卻的地步，好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)額外的開(kāi)關(guān)成本。

SiC FET

https://unitedsic.com/group/sic-fets/

FET-JET 計(jì)算器

https://info.unitedsic.com/fet-jet

第 4 代 750V 器件

https://info.unitedsic.com/gen4

UJ4C075018K4S

https://unitedsic.com/products/sic-fets/uj4c075018k4s/

UJ4C075023K4S

https://unitedsic.com/products/sic-fets/uj4c075023k4s/

UJ4C075033K4S

https://unitedsic.com/products/sic-fets/uj4c075033k4s/

UJ4C075060K4S

https://unitedsic.com/products/sic-fets/uj4c075060k4s/