开关损耗更低,频率更高,应用设备体积更小

ROHM在全球率先实现了搭载ROHM生产的SiC-MOSFET和SiC-SBD的“全SiC”功率模块量产。与以往的Si-IGBT功率模块相比,“全SiC”功率模块可高速开关并可大幅降低损耗。最新的模块中采用第3代SiC-MOSFET,损耗更低。

全SiC功率模块的结构

现在正在量产的全SiC功率模块有几种类型,有可仅以1个模块组成半桥电路的2in1型,也有可仅以1个模块组成升压电路的斩波型。有以SiC-MOSFET和SiC-SBD(肖特基势垒二极管)组成的类型,也有仅以SiC-MOSFET组成的类型。

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与Si-IGBT功率模块相比,开关损耗大大降低

处理大电流的功率模块中,Si的IGBT与FRD(快速恢复二极管)相结合的IGBT功率模块应用广泛。IGBT模块存在IGBT的尾电流和FRD的恢复电流导致开关损耗大的课题,而SiC-MOSFET和SiC-SBD组成的“全SiC”模块则可显著降低开关损耗。

右图为SiC-MOSFET+SiC-SBD组成的全SiC模块BSM300D12P2E001(1200V/300A)与IGBT+FRD的模块在同一环境下实测的开关损耗结果比较。

Eon是开关导通时的损耗(含反向恢复损耗),Eoff是开关关断时的损耗,Err是体二极管的反向恢复损耗。

SiC-MOSFET没有类似IGBT关断时的尾电流,因此Eoff大幅减少。反向恢复电流也几乎没有,因此Err也大幅减少。Eon也降低30%左右,因此共可降低77%的开关损耗。

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开关速度比IGBT更高

全SiC模块与IGBT模块相比,可实现更高速度的开关。下图为以5kHz和30kHz驱动PWM逆变器时的损耗仿真结果。从仿真结果可以看出,由于SiC模块可高速开关,因此在30kHz的条件下可减少60%的开关损耗。或者可以说,无需增加损耗即可将频率提高6倍。

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更低开关损耗和更高速开关的优点

开关损耗降低可提高效率,并减少发热量。这可使冷却器进一步简化。例如,可实现散热器的小型化、以自然空冷代替水冷和强制空冷。这些都有利于系统整体的小型化和降低成本。

高速开关使工作频率可以更高,有利于电感器和电容器等外围元器件的小型化。这与正常的开关电源电路相同。另外,SiC-SBD不产生短脉冲反向恢复现象,因此PWM控制无需担心短脉冲时的异常浪涌电压。

不仅有助于提高逆变器和电源的效率,还可实现小型化,这是全SiC功率模块的巨大优势。

由ROHM生产的SiC-MOSFET和SiC-SBD组成的“全SiC”功率模块

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