スイッチモード電源 (SMPS) の効率性と強さは,電気自動車 (EV) の充電ステーション,太陽光インバーター,工業用モータードライブしかし,より高い稼働電圧と電流,より低い伝導と熱損失,よりコンパクトな外観の必要性により,設計者は高度なシリコンカービッド (SiC) MOSFET 技術を採用しなければなりませんこの技術は,MOSゲートタイリスターと急速な回復ブリッジ直線器と慎重に組み合わせられ,最高の電力変換システムを作成する必要があります.
この記事では,電気自動車の充電ステーションを例として,SMPSの要件を概説しています.次に,IXYS/LitelfuseのSiC MOSFETが導入され,その性能が検証されました.より効率的でコンパクトな電源変換システムを作成するために,異なるデバイス技術 (それぞれが特定の回路機能に最適化されている) がどのように組み合わせられたか示されました..
電気自動車の高速充電ステーションを例として利用した近代的なSMPSの概要
効率 は SMPS の 特徴 です が,現代 の 高 電力 の 応用 は,これら の 設計 を 新しい 極限 に 押し上げ て い ます.公共 の 直流 (DC) の 急速 充電 ステーション の 要求 に つい て 考え て ください.,効率の1%の低下は3.5キロワットの電力消費に相当し,運用コストと熱負荷が大幅に増加します.
高性能の SiC MOSFET は より高い効率を達成するためのコアです 抵抗が低い状態で 高周波のスイッチを実行できますより小さな受動部品の使用を可能にし,変換損失を削減する効率的な設計には,より高度な保護システムが必要である. 効率的な設計には,より高度な保護システムが必要である.
さらに,SiC MOSFETは,3階充電ステーションのすべての部分に最適な解決策ではありません.例えば,公共充電ステーションには冷却液ポンプのための補助電源システムが必要です.ネットワーク通信充電路が切断された場合でも,これらのシステムは動作し続けなければならない.この場合,高い信頼性のシリコン (Si) 二极管装置がよりよい選択である可能性があります.
DC高速充電ステーションの各部分の要件を理解し,適切な機器技術を慎重に選択する必要があります.
低抵抗のSiC MOSFETを使用して高電源DC-DC変換を達成する
3階層の高速充電ステーションのDC-DC変換段階は,現代のSMPS設計が直面する課題を示しています.高出力電圧1キロボルト (kV) のため,この段階では,伝統的に高電圧シリコン隔離ゲート双極トランジスタ (IGBT) や高電圧シリコンカービッドMOSFETを使用する必要があります.. 両方の方法は効率損失をもたらします:IGBTは高い切り替え損失を持ち,初期のSiC MOSFETは比較的高い導電損失を持っています.例えば,初期の高電圧のSiC MOSFETのオン抵抗 (RDS (ON)) は約100m Ωでした.
リトルフューズIXSJxxN120R1 SiC MOSFETシリーズは,この問題に対する説得力のある解決策を提供します.このシリーズの製品は,ブロック電圧が1200ボルト,RDS (ON) は18m Ω以下です.この低抵抗特性により導電損失を最小限に抑え,優れた熱性能を達成できます.
これらの装置は,2500VAC (1分) の隔離電圧能力を持つ隔離されたセラミックで包装されています.この設計は,熱槽の散歩容量を最小限に抑え,熱槽への熱抵抗を軽減し,電磁気干渉 (EMI) を最小限に抑える同時期に,統合を容易にする TO-247-3L パッケージも採用しています.
IXSJ43N120R1は典型的な例である (図 1). +25°Cの装置の定数連続流出電流IDは45Aであり,RDS (ON) は36m Ω (典型的な値).また,低ゲート電荷79nCと2453pFの入力容量を持っています小型の磁石を搭載した設計に適しています
リトルフューズ IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET画像
図1:IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFETは,分離されたTO-247-3Lパッケージを採用し,45 Aの定数連続流出電流IDと,+25 °Cで36 m Ω (典型的な値) のRDS (ON) を採用している. (画像源:(リトルフューズ)
IXSJxxN120R1シリーズは,高電圧ブロック能力を維持しながら導電損失を削減し,設計者がコンバータートポロジーを簡素化し,熱オーバーヘッドを削減することができます.システム全体の効率を最大化します.
アクティブ フロントエンドのパフォーマンスのスイッチ損失を最小限に抑える
DC高速充電ステーションの他の部位では,スイッチ損失は抵抗よりも重要かもしれません.アクティブフロントエンドは,AC電力をDC電源に変換し,電流波形を形作って,電源因子修正 (PFC) と調和歪みの要件を満たします.この段階では,インダクタとフィルターのサイズを最小限にするためにより高いスイッチ周波数に依存しているため,スイッチ損失は全体的な効率に重要な役割を果たします.
リトルフーズのLSIC1MO120E SiC MOSFETシリーズは,これらの高周波アプリケーションに最適化されています.これらのデバイスは1200ボルトのブロック能力と低動的損失を組み合わせます.DCの高速充電ステーションや他のネットワークに接続されたシステムにおけるPFCブースター変換機に非常に適している.
例えば,LSIC1MO120E0080 (図2) の定数連続流出電流 (II) は+25°Cで39Aであり,R (DSON) は80m Ω (典型的な値) で,サイクルあたりの切換エネルギーは252μ Jである.交差点の温度範囲は -55 °Cから+175 °C大規模な環境条件の屋外装置に追加的な設計幅を提供します