0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

OBC 充电器中的 SiC FET 封装小巧,功能强大

Qorvo半导体 来源:未知 2023-03-22 20:30 次阅读

Mike Zhu,Qorvo 高级产品应用工程师

EV 车载充电器和表贴器件中的半导体电源开关在使用 SiC FET 时,可实现高达数万瓦特的功率。我们将了解一些性能指标。

引言

在功率水平为 22kW 及以上的所有级别电动汽车 (EV) 车载充电器半导体开关领域,碳化硅 (SiC) MOSFET 占据明显的优势。UnitedSiC(如今为 Qorvo)SiC FET 具有独特的 Si MOSFET 和 SiC JFET 级联结构,其效率高于 IGBT,且比超结 MOSFET 更具吸引力。不过,这不仅关乎转换系统的整体损耗。对于 EV 车主来说,成本、尺寸和重量也是很重要的因素。

设计人员可以选择在 EV 车载充电器中使用不同封装类型的半导体电源开关,包括使用 SiC FET 时,可实现高达数万瓦特功率的表贴器件。在本博客文章中,我们将探讨 SiC FET 的一些性能指标。

更多 SiC FET 请关注QorvoPower 微信公众号

OBC 充电器中的 SiC FET

在 EV 的典型功率水平下,即使效率超过 98%,车载充电器在高温环境下也需要耗散数百瓦特的电量。因此,我们需要进行散热,并通常采用液体冷却实现。如何将开关连接至该散热装置,优化热传递、提高良品率和降低装配成本,是一个主要的设计考虑因素。SiC FET 通常采用具有出色热性能(结点到冷却液的热阻约为1.0°C/W)的 TO-247-4L 封装,同时使用 UnitedSiC(如今为 Qorvo)的晶圆减薄威廉希尔官方网站 、银烧结芯片和陶瓷隔离器焊盘。然而,TO-247-4L 封装也存在缺点,它需要进行机械固定和通孔焊接。该封装还具有显著的封装电感和受限的爬电距离,其引脚之间还存在一定间隙。此外,该封装的 PCB 焊盘间距较小,除非导线采用复杂且成本较高的方式进行 “啮合”。

ead7a1fa-c8ac-11ed-bfe3-dac502259ad0.png  

表 1:D2PAK-7L 和 TO-247-4L 进行比较。

表贴替代产品看似具有吸引力,但在 22kW 功率水平下如何?实际上,使用 UnitedSiC(如今的 Qorvo)D2PAK-7L 器件是可行的,对性能几乎没有影响,具体取决于功率转换级。通过查看上述表 1 中封装类型之间的主要差异,我们可以了解到,除了芯片安装面积之外,D2PAK-7L 在其他方面均优于 TO-247-4L。对于焊接在绝缘金属基板上的 18 毫欧器件,D2PAK-7L 的芯片安装面积导致其结点到冷却液的整体热阻约为 1.3℃/W,相比于 TO-247-4L 封装,高 30% 左右。

在功耗给定且其他条件相同的情况下,热阻越高,结温就越高,但由于使用SMT 器件可以节省大量组装空间,可能还可以使用电阻更低的部件,这样就可以降低温度。但是,如果只使用一个 SMT 器件来满足热限制要求,Tj 就会变得非常高,所以将 SMT 器件并联是一个可行的解决方案。如果使用两个并联的 SMT 器件来取代一个 SMT 器件,那么对于两个并联 SMT 器件中每个器件的导通电阻,都是仅用一个 SMT 器件时的两倍。在这种情况下,两个并联器件中每个器件的电流都会减半,但导通电阻却会翻倍,所以功耗就是使用单个器件的一半。由于导通电阻减半,两个并联 SMT 器件的总功耗会略低于仅用一个 SMT 器件的功耗。从热学角度来看,每个器件的温度都会更低,因为当采用相同的热管理指标时(结点到环境或冷却液的热阻),每个并联器件的功耗仅为使用单个 SMT 器件时功耗的一半。理论上,每个并联 SMT 器件的温升(从环境或冷却液到结点)应为使用单个 SMT 器件时的一半。除此之外,D2PAK-7L 的封装电感更低,因此可实现更高的开关边缘速率,甚至更低的动态损耗。

使用 UnitedSiC 在线 FET-Jet Calculator比较典型车载充电器在不同级的封装性能,则非常有益。“图腾柱 PFC” 级比较常见,例如在额定 6.6kW、400V 输出、75kHz、连续导通模式 (CCM) 散热/冷却液温度为 80℃ 的情况下,对一系列 TO-247-4L 和 D2PAK-7L SiC FET 的“快速开关”支路进行评估。经过评估,我们发现这两种封装的结温差在 3℃ 至 8℃ 之间,具体取决于导通电阻的等级。

eaf9f854-c8ac-11ed-bfe3-dac502259ad0.png  

图 1:图示为 Vienna 整流器前端。

在功率更高且使用三相交流电源的情况下,“Vienna 整流器” 可在 40kHz 下与 800V 直流链路一起使用(图 1)。可以使用 750V SiC FET,如果再次比较 18 毫欧 TO-247-4L 和 D2PAK-7L 部件,我们发现,当 “半导体” 效率差异为 0.1% 时,两者的结温差只有 3℃。在这种应用中,高导通电阻部件不可避免地表现出更大的差异,且单个器件会出现不可行的温升,但如果在 22kW 功率条件下使用高价值产品,低电阻部件的成本相对于所获得的收益来说则并不是太大的开销。

D2PAK-7L 在直流/直流功率转换级可有效地取代 TO-247-4L

刚刚讨论的图腾柱 PFC 级和 Vienna 整流器级为 “硬” 开关,且频率保持在相对较低的范围,以便最大限度地减少动态损耗。OBC 中的直流/直流转换级可以是谐振或 “软” 开关转换器,比如频率更高的 CLLC 拓扑,可实现较小的磁性元件和较低的损耗,通常为 300kHz。例如,在 6.6kW 400V 直流链路和使用 18 毫欧 SiC FET 的情况下,根据 FET-Jet Calculator的计算结果,TO-247-4L 和 D2PAK-7L 的单个器件损耗分别为 4.1W 和 4.2W,且由于 SMT 封装具有更低的电感,所以在使用更高频率时,理应选择该封装。

考虑系统总成本,且温升或系统效率差异极小或不存在差异时(尤其是考虑到并联的电气和机械便利性的情况下),从 TO-247-4L 封装变更为 SMT D2PAK-7L 封装是顺理成章的选择。作为 SMT 器件,SiC FET 具有出色的品质因素 (FoM) 和简单的栅极驱动,逐渐成为 EV 车载充电器应用的理想开关之选。

eb0c8ce4-c8ac-11ed-bfe3-dac502259ad0.png 表贴替代产品看似具有吸引力,但在22kW 功率水平下如何?实际上,……

eb1ea104-c8ac-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

eb4bbd42-c8ac-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

结论

SiC FET 的标准额定电压为 1700V,且效率比 IGBT 更高,因此比超结 MOSFET 更具吸引力,并在各级 EV 车载充电领域占据明显的优势。虽然 SiC FET 可在 TO-247-4L 封装内提供出色的热性能,但其缺点是需要进行机械固定和通孔焊接。所以,当考虑系统总成本,且对温升或效率影响极小或不存在影响时,选择使用 SMT 器件(如 UnitedSiC D2PAK-7L 封装)则是一种合理的自然发展现象。这些 SMT SiC FET 不仅可以为设计人员节省大量的电路装配费用,还可以提供一流的 FoM 和简单易用的栅极驱动解决方案,因此是 EV 车载充电器的理想开关之选。

下载电子《汽车的未来设计指南》

https://www.qorvo.com/resources/d/the-future-of-automotive-design-guide-ebook


原文标题:OBC 充电器中的 SiC FET 封装小巧,功能强大

文章出处:【微信公众号:Qorvo半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。


声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • Qorvo
    +关注

    关注

    17

    文章

    641

    浏览量

    77426

原文标题:OBC 充电器中的 SiC FET 封装小巧,功能强大

文章出处:【微信号:Qorvo_Inc,微信公众号:Qorvo半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    供应ETA6911充电电流高达4A的开关充电器IC

    描述 ETA6911 是新一代高度集成的同步开关模式充电器,具有集成同步 FET、高开关频率和高充电效率的特点。凭借 ETA 专有的电流检测威廉希尔官方网站 ,通过消除外部检测电阻器,它能够提供高达 4A
    发表于 12-16 17:00

    车载充电器材料选择比较

    车载充电器 (OBC) 解决了电动汽车 (EV) 的一个重要问题。它们将来自电网的交流电转换为适合电池充电的直流电,从而实现电动汽车充电。随着每年上市的电动汽车设计、架构和尺寸越来越丰
    的头像 发表于 11-07 17:24 349次阅读
    车载<b class='flag-5'>充电器</b>材料选择比较

    脉冲充电器的作用与功能

    的脉冲宽度、频率和幅度,来实现对电池的高效充电。 2. 脉冲充电器的工作原理 脉冲充电器的工作原理基于电池的充电特性。电池在充电过程
    的头像 发表于 09-26 16:06 1101次阅读

    光耦AT1018在PD充电器的作用

    中,光耦AT1018系列作为一个重要的元器件得到了广泛的应用。 PD充电器的光耦AT1018主要应用于检测充电器的输出电压和电流,并将信号反馈给主控芯片进行控制。在PD充电器的安全
    发表于 08-23 15:23

    安森美车载充电器系统解决方案

    车载充电器 (OBC) 用于为纯电动汽车 (BEV) 和插电式混合动力汽车 (PHEV) 的高压电池组充电。它直接集成在车辆的设计,可将电网
    的头像 发表于 08-20 16:51 493次阅读
    安森美车载<b class='flag-5'>充电器</b>系统解决方案

    变压器充电器和开关电源充电器的区别

    变压器充电器和开关电源充电器是两种不同类型的充电器,它们在工作原理、效率、体积、成本和应用领域等方面存在显著差异。本文将介绍这两种充电器的区别,包括它们的工作原理、优缺点、应用场景以及
    的头像 发表于 07-05 10:23 1463次阅读

    三相车载充电器OBC) PFC-LLC平台SEC-3PH-11-OBC-EVB数据手册

    电子发烧友网站提供《三相车载充电器OBC) PFC-LLC平台SEC-3PH-11-OBC-EVB数据手册.rar》资料免费下载
    发表于 04-23 16:40 13次下载
    三相车载<b class='flag-5'>充电器</b>(<b class='flag-5'>OBC</b>) PFC-LLC平台SEC-3PH-11-<b class='flag-5'>OBC</b>-EVB数据手册

    三相车载充电器OBC) PFC-LLC 平台评估套件

    电子发烧友网站提供《三相车载充电器OBC) PFC-LLC 平台评估套件》资料免费下载
    发表于 04-12 17:06 1次下载

    无线充电器和有线充电器哪个伤电池耐用

    无线充电器和有线充电器在使用时对电池的耐用性会有所不同。以下是关于无线充电器和有线充电器对电池的影响的详细分析。 无线充电器是一种将电能无线
    的头像 发表于 02-22 10:25 9513次阅读

    如何选择适合工业电池的充电器

    因素,例如电池类型、容量大小、充电时间、电池保护功能等等。目前市场上有两种不同类型的充电器——微处理器控制的充电器和独立充电器。 微处理器控
    的头像 发表于 02-01 15:01 1210次阅读

    Qorvo推出D2PAK封装SiC FET

    (on)。作为Qorvo全新引脚兼容SiC FET系列的首款产品,其最高可达60mΩ的导通电阻值,使其在电动汽车(EV)领域具有广泛的应用前景,尤其适用于车载充电器、DC/DC转换器和正温度系数(PTC)加热器模块等关键应用。
    的头像 发表于 02-01 10:18 763次阅读

    苹果氮化镓充电器和普通充电器区别

    苹果氮化镓充电器是一种新型的充电器,它采用了氮化镓材料来实现高效、节能的充电功能。与普通充电器相比,苹果氮化镓
    的头像 发表于 01-10 10:30 3179次阅读

    华为氮化镓充电器和普通充电器区别在哪

    产品。本文将详细介绍华为氮化镓充电器和普通充电器之间的区别。 首先,华为氮化镓充电器在尺寸上更加小巧轻便。传统
    的头像 发表于 01-10 10:27 3452次阅读

    笔记本氮化镓充电器和普通充电器区别在哪

    笔记本电脑是现代人生活必不可少的电子设备之一,而电池的续航时间则直接关系到笔记本的使用体验。因此,选择一款高效稳定的充电器对于延长笔记本电脑的使用时间具有至关重要的作用。而在众多的充电器种类
    的头像 发表于 01-10 10:25 3135次阅读

    氮化镓充电器好还是原装充电器

    氮化镓充电器和原装充电器是两种不同类型的充电器,它们的特点和优点都有所不同。要判断哪种更好,需要从不同的角度进行比较和分析。 首先,从充电效率方面来看。氮化镓
    的头像 发表于 01-09 16:01 9134次阅读