用SIC FETs取代机械电路断开器

这篇博客文章首次由联合硅碳化物(United Silicon Carbide)发表。加入科尔沃家族United SiC是硅碳化物(SiC)动力半导体的主要制造厂商,它扩大了科沃的电动车辆、工业电力、电路保护、可再生能源和数据中心电力迅速增长的市场。

在工程界,有一个古老的格言——“如果它移动,它就会破碎。”我们都知道,任何机械的象风扇或中继器一般都是最先失败的,在关键系统中,你需要先发制人地维护和改变这些物品的程序“以防万一。”更糟糕的是,当机械部件在正常的高度压力下运行时,在紧急情况下必须作出可靠的反应,例如用EV电池进行连环断线器。

在此情况下, 当断路器打开时, 运行中的电流可以是数百个安培, 也可能是数千个, 在短路条件下 。 电压高, 通常大于400 VDC, 并且由于断路电流中断时的连接感应, 电压会高涨。 电压会引起电弧, 它可以蒸发断路接触, 并且会持续, 因为它是DC, 并且没有能够扑灭电弧的零交叉点, 就象您使用 AC 那样 。 制成和断裂过程同样缓慢, 以数十毫秒的顺序排列, 可能会在短路条件下造成破坏的通电能量。 随着断路时间的老化, 它也会变慢, 并且损失更多。 总的来说, 高流机械断路器的寿命很艰难, 所以它们必须用奇异的方法来建造, 以便清除电弧, 比如产生压缩气体的浮肿, 或者使用磁“ 吹泡” 圆圈。

当然，固态断路器（SSCB）已被设计为替代品，并使用几乎所有可用的半导体技术制造，从MOSFET到IGBT、SCR和IGCT，它们很好地解决了电弧和机械磨损问题。然而，它们最大的缺点是电压下降——例如，IGBT在500A时可能会损失1.7V，产生令人尴尬的850W功耗。IGCT可能较低，但物理上非常大。MOSFET不显示IGBT的“膝”电压，而是显示导通电阻。为了改进IGBT，这个Rds( 关于)需要低于3.4毫升,电压等级高于400伏,而目前单一的MOSFET并没有达到这一水平。 许多同时会做到这一点,但如果你需要双向能力,成本会螺旋并再次翻倍。 电动机械断路器不便宜,但仍具有成本优势。

SIC有什么区别吗?

因此,宽带宽卡普半导体的新奇特技术是否缩小了这一差距?碳化硅开关为硅的同一死区提供了大约10x更好的耐力,并且可以应付两倍的最高温度,而热传导率要高得多,以导致任何热的消失。这打开了将足够多的死平行在一个小包中的可能性,从而改进作为SSCB和SSCB的IGBT和IGBT。锡戒这个SIC JFET和Si-MOSFET的代码很容易驾驶,并且拥有最好的Rds( 关于)x A x A实绩数作为SSCB示范器,UnitedSiC将1200V的双关死亡中的6个平行置放,并在SOT-227软件包中达到1200V和300A级的2.2毫升抗药性。在测试中,原型安全中断了近2000A的断流,显示波形。

图1. 一个SIC FETSSCB 安全干扰近2000A

如果将内部JFET门拖到一个单独的插针上,这可以更直接地控制快速切换应用程序的边缘率,并提供有效的正常选择或正常操作,这在诸如SSCBs等一些应用中可能是可取的。 偏向JFET门的能力略为积极,也会稍稍改善耐受性。 还有一个特征虽然出现 — — 超过2V阳性,但频道正在全面运行,而大门则显示为前端二极管。 现在,如果注入固定的低潮流,二极管的实际膝盖电压与温度有准确关系。 如果温度趋势日落,这可以测量并用于快速超温检测,甚至用于长期健康状况监测。

使SIC FETSSCBs取代电子机械版本的趋势是正确的方向。

锡戒s为高电流开放了SSCB应用程序,其损失只会随着技术的进步而减少。 实现与机械断路器最终损失平等的平行装置是有可能的,其成本不一定是“突破器 ” , 随着死亡的改善和特定抗药性需要的减少,成本也不一定是“突破器 ” 。 SiC wafer成本在未来几年中也将降低一半,同时由EV销售驱动的电路断路器的气球市场的规模经济也将降低一半。 电机解决方案的保理和改变成本以及这一论点甚至更加令人信服。

审核编辑 黄宇