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內建SiC MOSFET AC/DC轉換IC 大幅縮小交流400V工控裝置
 

【作者: ROHM】   2019年05月22日 星期三

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近年來隨著節能意識的提高,在交流400V工控裝置領域,與現有的Si功率半導體相比,可支援更高電壓、更節能、更小型化的SiC功率半導體的應用越來越廣泛。


另一方面,在工控裝置中除了主電源電路之外,還內建為各種控制系統提供電源電壓的輔助電源,輔助電源中廣泛採用了耐壓較低的Si-MOSFET和損耗較大的IGBT,在節能方面存在著很大的課題。


ROHM針對這些挑戰,於2015年推出了全球首款用來驅動高耐壓、低損耗SiC MOSFET的AC/DC轉換器控制IC,並一直致力於研發可充分發揮SiC功率半導體性能的IC。ROHM並研發出全球首款內建SiC MOSFET的AC/DC轉換IC,將加速SiC MOSFET AC/DC轉換器在工業領域的普及。



圖一 : 新產品應用示意圖
圖一 : 新產品應用示意圖

圖二 : 針對交流400V等級的工控裝置新產品解決方案
圖二 : 針對交流400V等級的工控裝置新產品解決方案

.ROHM針對大功率通用變流器、AC伺服器、工業用空調、街燈等工控裝置,研發出內建1700V耐壓SiC MOSFET的AC/DC轉換器)IC--BM2SCQ12xT-LBZ。



圖三 : 內建1700V耐壓SiC MOSFET的AC/DC轉換器)IC--BM2SCQ12xT-LBZ
圖三 : 內建1700V耐壓SiC MOSFET的AC/DC轉換器)IC--BM2SCQ12xT-LBZ

BM2SCQ12xT-LBZ是一款內建高度節能性的SiC MOSFET AC/DC轉換IC,克服了離散式結構所帶來的設計課題,因此可輕易地研發出節能型AC/DC轉換器。透過專為工控裝置輔助電源設計的最佳化控制電路和SiC MOSFET一體化封裝,使得新產品與普通產品相比具有諸多優勢,像是大幅減少零件數量(將12種產品和散熱板縮減為1個產品),降低零件故障風險,縮短導入SiC MOSFET的開發週期等,一舉解決了諸多課題。與ROHM傳統產品相比,功率轉換效率提高達5%(相當於功率損耗減少28%)。因此,本產品非常有助於工控裝置的小型化和節能化,有效提升可靠性。


產品特色

BM2SCQ12xT-LBZ採用了專為內建SiC MOSFET而研發的專用封裝,內建專為工控裝置輔助電源最佳化的SiC MOSFET驅動用閘極驅動電路等控制電路,以及1700V耐壓SiC MOSFET。


新款內建1700V耐壓SiC MOSFET的AC/DC轉換IC具有以下特點,有助於AC400V級工控裝置的小型化、節能化以及實現更高可靠性,從而提升iC MOSFET的AC/DC轉換器的普及。



圖四 : 應用和新產品的效果
圖四 : 應用和新產品的效果

散熱板和多達12種產品採用一體化封裝,在小型化方面具有壓倒性優勢

本產品採用一體化封裝,與採用Si-MOSFET的普通離散式結構相比較,零件數量大幅減少,1個封裝內包含多達12種產品(AC/DC轉換器控制IC、800V耐壓Si-MOSFET×2、齊納二極體×3、電阻×6)和散熱板。另外,由於SiC MOSFET具有高耐壓、抗干擾性能優異的特點,還可實現降噪零件的小型化。


減少研發週期和風險,內建保護功能,可靠性更高

採用一體化封裝,不僅可減少鉗位元電路和驅動電路的零件選型及可靠性評估的工時,還可降低零件故障風險,並縮減引進SiC MOSFET時的研發週期,一舉數得。另外,除了通過內建SiC MOSFET而實現的高精度過熱保護功能外,還配備了過負載保護(FB OLP)、電源電壓引腳的過電壓保護(VCC OVP)、過電流保護及二次側電壓的過電壓保護功能。進行連續驅動的工控裝置電源所需的豐富保護功能齊備,非常有助於提高可靠性。


充分發揮SiC MOSFET性能,節能效果顯著

本產品亦搭載適用SiC MOSFET驅動用的閘極驅動電路,可充分發揮SiC MOSFET的實力,與採用Si-MOSFET的普通產品相比,效率提升高達5%(截至2018年4月ROHM調查)。



圖五 :  AC/DC轉換器示意圖
圖五 : AC/DC轉換器示意圖

圖六 : AC/DC轉換器Si對SiC的效率比較
圖六 : AC/DC轉換器Si對SiC的效率比較

另外,本產品的控制電路採用準諧振方式,與普通的PWM方式相比,運行雜訊低、效率高,盡可能降低對工控裝置的雜訊影響。


採用SiC MOSFET的效益

在高耐壓範圍中,SiC MOSFET與Si-MOSFET相比,具有開關損耗與導通損耗小、支援大功率、可確實對應溫度變化等優勢。基於這些優勢,當SiC-MOSFET用於AC/DC轉換器和DC/DC轉換器等中時,可帶來更高的功率轉換效率、散熱器件的小型化、高頻工作使線圈更小等好處,具有更節能、零件數量更少、安裝面積更小等效果。


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