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SiC碳化硅MOSFET在逆变高频焊机中的应用优势
发布时间:2024-05-26 07:47:25        浏览次数:40        返回列表
基半B2M第二代SiC碳化硅MOSFET在逆变高频焊机中的应用优势

IGBT芯片技术不断发展,但是从一代芯片到下一代芯片获得的改进幅度越来越小。这表明IGBT每一代新芯片都越来越接近材料本身的物理极限。SiC MOSFET宽禁带半导体提供了实现半导体总功率损耗的显著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低开关损耗,从而提高开关频率。进一步的,可以优化滤波器组件,相应的损耗会下降,从而全面减少系统损耗。通过采用低电感SiC MOSFET功率模块,与同样封装的Si IGBT模块相比,功率损耗可以降低约70%左右,可以将开关频率提5倍(实现显著的滤波器优化),同时保持*高结温低于*大规定值。

为了保持电力电子系统竞争优势,同时也为了使*终用户获得经济效益,一定程度的效率和紧凑性成为每一种电力电子应用功率转换应用的优势所在。随着IGBT技术到达发展瓶颈,加上SiC MOSFET绝对成本持续下降,使用SiC MOSFET替代升级IGBT已经成为各类型电力电子应用的主流趋势。

基半B2M第二代碳化硅MOSFET器件主要特色:
• 比导通电阻降低40%左右
• Qg降低了60%左右
• 开关损耗降低了约30%
• 降低Coss参数,更适合软开关
• 降低Crss,及提高Ciss/Crss比值,降低器件在串扰行为下误导通风险
• *大工作结温175℃• HTRB、 HTGB+、 HTGB-可靠性按结温Tj=175℃通过测试
• 优化栅氧工艺,提高可靠性
• 高可靠性钝化工艺
• 优化终端环设计,降低高温漏电流
• AEC-Q101

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由于IGBT等功率器件的特性(开通关断损耗较大),高频逆变焊机加热设备的效率、容量和成本都受到制约。随着基半B2M第二代SiC碳化硅MOSFET功率器件技术的不断成熟,其性能特点特别适合大功率高频逆变焊机,通过对IGBT和基半B2M第二代SiC碳化硅MOSFET功率器件的参数对比分析,采用基半B2M第二代SiC碳化硅MOSFET功率器件对现有系列高频逆变焊机的主电路进行优化,开发出适合于高频逆变焊机的基半B2M第二代SiC碳化硅MOSFET的驱动电路和功率单元,采用基半B2M第二代SiC碳化硅MOSFET的高频感应焊机的性能和焊接效率均优于使用IGBT的老设备。

对于通用应用,SiC 功率器件可以替代 Si IGBT,从而将开关损耗降低高达 70% 至 80%,具体取决于转换器和电压和电流水平。IGBT 相关的较高损耗可能成为一个重要的考虑因素。热管理会增加使用 IGBT 的成本,而其较慢的开关速度会增加电容器和电感器等无源元件的成本。从整体系统成本来看SiC MOSFET加速替代IGBT已经成为各类新的电力电子设计中的主流趋势。SiC MOSFET 更耐热失控。碳化硅导热性更强,可实现更好的设备级散热和稳定的工作温度。

Si IGBT 的一个显著缺点是它们极易受到热失控的影响。当器件温度不受控制地升高时,就会发生热失控,导致器件发生故障并*终失效。在高电流、高电压和高工作条件很常见的电机驱动应用中,例如电动汽车或制造业,热失控可能是一个重大的设计风险。SiC MOSFET 更适合温度较高的环境条件空间,例如汽车和工业应用。此外,鉴于其导热性,SiC MOSFET 可以消除对额外冷却系统的需求,从而有可能减小整体系统尺寸并降低系统成本。由于 SiC MOSFET 的工作开关频率比 Si IGBT 高得多,因此它们非常适合需要精确电机控制的应用。高开关频率在自动化制造中至关重要,其中高精度伺服电机用于工具臂控制、精密焊接和精确物体放置。

SiC 功率器件的卓越材料特性使这些器件能够以更快的开关速度、更低的开关损耗和更薄的有源区运行,从而实现效率更高、开关频率更高、更节省空间的设计。因此,SiC MOSFET 正成为电源转换应用中优于传统硅(IGBT,MOSFET)的首选。