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内建SiC MOSFET AC/DC转换IC大幅缩小交流400V工控装置
 

【作者: ROHM】2019年05月22日 星期三

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近年来随着节能意识的提高,在交流400V工控装置领域,与现有的Si功率半导体相比,可支援更高电压、更节能、更小型化的SiC功率半导体的应用越来越广泛。


另一方面,在工控装置中除了主电源电路之外,还内建为各种控制系统提供电源电压的辅助电源,辅助电源中广泛采用了耐压较低的Si-MOSFET和损耗较大的IGBT,在节能方面存在着很大的课题。


ROHM针对这些挑战,於2015年推出了全球首款用来驱动高耐压、低损耗SiC MOSFET的AC/DC转换器控制IC,并一直致力於研发可充分发挥SiC功率半导体性能的IC。ROHM并研发出全球首款内建SiC MOSFET的AC/DC转换IC,将加速SiC MOSFET AC/DC转换器在工业领域的普及。



图一 : 新产品应用示意图
图一 : 新产品应用示意图

图二 : 针对交流400V等级的工控装置新产品解决方案
图二 : 针对交流400V等级的工控装置新产品解决方案

.ROHM针对大功率通用变流器、AC伺服器、工业用空调、街灯等工控装置,研发出内建1700V耐压SiC MOSFET的AC/DC转换器)IC--BM2SCQ12xT-LBZ。



图三 : 内建1700V耐压SiC MOSFET的AC/DC转换器)IC--BM2SCQ12xT-LBZ
图三 : 内建1700V耐压SiC MOSFET的AC/DC转换器)IC--BM2SCQ12xT-LBZ

BM2SCQ12xT-LBZ是一款内建高度节能性的SiC MOSFET AC/DC转换IC,克服了离散式结构所带来的设计课题,因此可轻易地研发出节能型AC/DC转换器。透过专为工控装置辅助电源设计的最隹化控制电路和SiC MOSFET一体化封装,使得新产品与普通产品相比具有诸多优势,像是大幅减少零件数量(将12种产品和散热板缩减为1个产品),降低零件故障风险,缩短导入SiC MOSFET的开发周期等,一举解决了诸多课题。与ROHM传统产品相比,功率转换效率提高达5%(相当於功率损耗减少28%)。因此,本产品非常有助於工控装置的小型化和节能化,有效提升可靠性。


产品特色

BM2SCQ12xT-LBZ采用了专为内建SiC MOSFET而研发的专用封装,内建专为工控装置辅助电源最隹化的SiC MOSFET驱动用闸极驱动电路等控制电路,以及1700V耐压SiC MOSFET。


新款内建1700V耐压SiC MOSFET的AC/DC转换IC具有以下特点,有助於AC400V级工控装置的小型化、节能化以及实现更高可靠性,从而提升iC MOSFET的AC/DC转换器的普及。



图四 : 应用和新产品的效果
图四 : 应用和新产品的效果

散热板和多达12种产品采用一体化封装,在小型化方面具有压倒性优势

本产品采用一体化封装,与采用Si-MOSFET的普通离散式结构相比较,零件数量大幅减少,1个封装内包含多达12种产品(AC/DC转换器控制IC、800V耐压Si-MOSFET×2、齐纳二极体×3、电阻×6)和散热板。另外,由於SiC MOSFET具有高耐压、抗干扰性能优异的特点,还可实现降噪零件的小型化。


减少研发周期和风险,内建保护功能,可靠性更高

采用一体化封装,不仅可减少钳位元电路和驱动电路的零件选型及可靠性评估的工时,还可降低零件故障风险,并缩减引进SiC MOSFET时的研发周期,一举数得。另外,除了通过内建SiC MOSFET而实现的高精度过热保护功能外,还配备了过负载保护(FB OLP)、电源电压引脚的过电压保护(VCC OVP)、过电流保护及二次侧电压的过电压保护功能。进行连续驱动的工控装置电源所需的丰富保护功能齐备,非常有助於提高可靠性。


充分发挥SiC MOSFET性能,节能效果显着

本产品亦搭载适用SiC MOSFET驱动用的闸极驱动电路,可充分发挥SiC MOSFET的实力,与采用Si-MOSFET的普通产品相比,效率提升高达5%(截至2018年4月ROHM调查)。



图五 :  AC/DC转换器示意图
图五 : AC/DC转换器示意图

图六 : AC/DC转换器Si对SiC的效率比较
图六 : AC/DC转换器Si对SiC的效率比较

另外,本产品的控制电路采用准谐振方式,与普通的PWM方式相比,运行杂讯低、效率高,尽可能降低对工控装置的杂讯影响。


采用SiC MOSFET的效益

在高耐压范围中,SiC MOSFET与Si-MOSFET相比,具有开关损耗与导通损耗小、支援大功率、可确实对应温度变化等优势。基於这些优势,当SiC-MOSFET用於AC/DC转换器和DC/DC转换器等中时,可带来更高的功率转换效率、散热器件的小型化、高频工作使线圈更小等好处,具有更节能、零件数量更少、安装面积更小等效果。


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