La eficiencia y robustez de las fuentes de alimentación de modo conmutador (SMPS) las hacen particularmente adecuadas para aplicaciones tales como estaciones de carga de vehículos eléctricos (EV), inversores solares,y motores motrices industrialesSin embargo, debido a la necesidad de un mayor voltaje y corriente de funcionamiento, menor conducción y pérdida de calor, y una apariencia más compacta,Los diseñadores deben adoptar la tecnología avanzada de MOSFET de carburo de silicio (SiC)Esta tecnología debe combinarse cuidadosamente con los tiristores MOS y los rectificadores rápidos de puente de recuperación para crear el mejor sistema de conversión de potencia.
Este artículo toma como ejemplo las estaciones de carga de vehículos eléctricos para describir los requisitos de SMPS.y cómo se combinaron diferentes tecnologías de dispositivos (cada una optimizada para funciones de circuito específicas) para crear un sistema de conversión de potencia más eficiente y compacto..
Resumen de los sistemas SMPS modernos utilizando como ejemplo las estaciones de carga rápidas de vehículos eléctricos públicos
La eficiencia es una característica distintiva de los SMPS, pero las aplicaciones modernas de alta potencia están llevando estos diseños a nuevos extremos.,La pérdida de eficiencia del 1% equivale a un desperdicio de 3,5 kilovatios de energía, lo que aumenta considerablemente los costes operativos y las cargas térmicas.
El MOSFET de alto rendimiento es el núcleo para lograr una mayor eficiencia. Pueden realizar conmutación de alta frecuencia manteniendo una baja resistencia,permitir el uso de componentes pasivos más pequeños y reducir las pérdidas de conversiónDesafortunadamente, estos factores también hacen que los MOSFET de SiC sean susceptibles a oleadas de voltaje transitorias. Por lo tanto, un diseño eficiente a menudo requiere esquemas de protección más avanzados.
Además, el MOSFET de SiC no es la solución óptima para todas las partes de una estación de carga de tres niveles.Comunicación en redEn este caso, los dispositivos de diodo de silicio (Si) de alta fiabilidad pueden ser una mejor opción.
Es necesario comprender los requisitos de cada parte de la estación de carga rápida de CC y elegir cuidadosamente la tecnología de equipo adecuada.
Utilizando MOSFET SiC de baja resistencia para lograr la conversión CC-DC de alta potencia
La fase de conversión CC-DC de la estación de carga rápida de 3 niveles demuestra los desafíos que enfrenta el diseño SMPS moderno.esta etapa tradicionalmente requiere el uso de transistores bipolares de alta tensión aislados de silicona (IGBT) o MOSFETs de carburo de silicio de alta tensiónAmbos métodos resultan en pérdidas de eficiencia: IGBT tiene altas pérdidas de conmutación, mientras que algunos MOSFETs SiC tempranos tienen pérdidas de conducción relativamente altas.la resistencia de encendido (RDS (ON)) de algunos MOSFETs SiC de alto voltaje tempranos fue de aproximadamente 100 m Ω.
La serie Littelfuse IXSJxxN120R1 SiC MOSFET ofrece una solución convincente a este problema.Esta característica de baja resistencia puede minimizar las pérdidas de conducción y lograr un excelente rendimiento térmico.
Estos dispositivos están envasados en cerámica aislada con una capacidad de voltaje de aislamiento de 2500 VAC (1 minuto).Este diseño reduce la resistencia térmica al disipador de calor y minimiza la interferencia electromagnética (EMI) al minimizar la capacidad perdida del disipador de calorAl mismo tiempo, adopta el conocido paquete TO-247-3L, que facilita la integración.
IXSJ43N120R1 es un ejemplo típico (Figura 1). El ID de corriente de drenaje continuo nominal del dispositivo a +25 ° C es de 45 A, y el RDS (ON) es de 36 m Ω (valor típico).También tiene una carga de puerta baja de 79 nC y una capacidad de entrada de 2453 pF, por lo que es adecuado para diseños con imanes más pequeños.
Imagen del MOSFET SiC de pequeño uso IXSJ43N120R1 1200 V
Figura 1: El IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET adopta un paquete aislado TO-247-3L, con un ID de corriente de drenaje continuo nominal de 45 A y RDS (ON) de 36 m Ω (valor típico) a +25 °C. (Fuente de imagen:Es muy pequeño.
La serie IXSJxxN120R1 reduce las pérdidas de conducción al tiempo que mantiene la capacidad de bloqueo de alto voltaje, lo que permite a los diseñadores simplificar la topología del convertidor, reducir los gastos generales térmicos,y maximizar la eficiencia general del sistema.
Minimizar las pérdidas de interruptores en el rendimiento front-end activo
En otras partes de la estación de carga rápida de CC, las pérdidas del interruptor pueden ser más importantes que en la resistencia.El front-end activo convierte la potencia CA en potencia CC y da forma a la forma de onda actual para cumplir con los requisitos de corrección del factor de potencia (PFC) y distorsión armónicaDebido a la dependencia de frecuencias de conmutación más altas en esta etapa para minimizar el tamaño de los inductores y filtros, las pérdidas de conmutación juegan un papel importante en la eficiencia general.
La serie LSIC1MO120E SiC MOSFET de Littelfuse ha sido optimizada para estas aplicaciones de alta frecuencia. Estos dispositivos combinan una capacidad de bloqueo de 1200 voltios y bajas pérdidas dinámicas.lo que los hace muy adecuados para los convertidores de impulso de PFC en estaciones de carga rápida de CC y otros sistemas conectados a la red.
Por ejemplo, la corriente de escape continua nominal (II) de LSIC1MO120E0080 (Figura 2) a +25 °C es de 39 A, R (DSON) es de 80 m Ω (valor típico) y la energía de conmutación por ciclo es de 252 μ J.El rango de temperatura extendido de la unión es de -55 ° C a + 175 ° C, proporcionando un margen de diseño adicional para las instalaciones al aire libre con grandes condiciones ambientales.