用碳化硅解决方案推进功率转换系统节能减排

日期:2013-01-01


  

       
作者:刘洪,PSDC主编

  为努力实现更高的功率密度并满足严格的效率法规要求以及系统正常运行时间要求,工业和功率电子设计人员在进行设计时面临着不断降低功率损耗和提高可靠性的难题。然而,在可再生能源、工业电机驱动器、高密度电源、汽车以及井下作业等领域,要想增强这些关键设计性能,设计的复杂程度就会提高,同时还会导致总体系统成本提高。全球领先的高性能功率和移动半导体解决方案供应商飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)首次推出的SiC双极结型晶体管(BJT)产品组合即可在较高工作温度下实现最低的总功率损耗。

  飞兆半导体亚太区市场营销副总裁蓝建铜在发布这些产品时表示,全球推动提高能效已成为功率半导体持续的增长催化剂,特别是整个电网的能效都要求有较大的提高。为帮助设计人员解决这些难题,新款器件非常适合功率转换系统的碳化硅(SiC)技术解决方案,进而拓展了公司在创新型高性能功率晶体管技术领域的领先地位。

  PV逆变器、工业驱动器、DC-DC转换器、UPS、风能、EV和HEV,以及井下、地热和商用航空都可使用SiC双极结型晶体管

  用新材料打造提高能效的技术解决方案

  蓝建铜说,提高能效的技术解决方案有助于实现高能效应用,如运动控制、HEV/EV和可再生能源,而SiC等新材料的使用将有力地推动这一进程。据预测,到2015年,由于技术逐渐成熟,碳化硅市场有望出现较快的增长。

  碳化硅有诸多属性,如宽带隙(硅的3倍)、高击穿电场(硅的10倍)、高导热率(硅的3倍)、高温稳定性(硅的3倍)。碳化硅在晶体管的优势体现在更高的效率(98%以上)、更小的器件(>300A/cm2)、速度更快的开关能力(<20ns)和稳固可靠(UIL、SCSOA)。

  飞兆半导体利用碳化硅开发的BJT解决方案具有更高的功率密度;在相同或更低损耗下采用较高的开关频率,能够使用较小的电感、电容和散热片器件;在提高输出功率的同时可保持系统外形尺寸;更低的系统成本;•对于相同硬件,通过减少损耗和提高功率密度,可减小冷却装置或增加功率输出。此外,这些器件易于使用,具有RON正温度系数,可采用简单的基极直接驱动方案,缩短上市时间,实现简便的系统移植。

  飞兆半导体的SiC特性包括:经过优化的半标准化自定义技术解决方案,可充分利用自身较大的半导体器件与模块封装技术组合;凭借功能集成和设计支持资源简化工程设计难题的先进技术,可在节约工程设计时间的同时最大限度地减少元器件数量;具有尺寸、成本和功率优势的较小型先进封装集成了领先的器件技术,可满足器件制造商和芯片组供应商的需求。

  首批产品表现优异

  在飞兆半导体SiC组合中首先要发布的一批产品是先进的SiC双极结型晶体管系列,该系列产品可实现较高的效率、电流密度和可靠性,并且能够顺利地进行高温工作。通过利用效率出色的晶体管,飞兆半导体的SiC BJT实现了更高的开关频率,这是因为传导和开关损耗较低(30-50%),从而能够在相同尺寸的系统中实现高达40%的输出功率提升。

  这些强健的BJT支持使用更小的电感、电容和散热片,可将系统总体成本降低多达20%。这些业界领先的SiC BJT性能出众,可促进更高的效率和出色的短路及逆向偏压安全工作区,将在高功率转换应用的功率管理优化中发挥重大作用。

  分立式驱动器配合使用

  飞兆半导体还开发了即插即用的分立式驱动器电路板(15A和50A版本),作为整套碳化硅解决方案的一部分,与飞兆半导体的先进SiC BJT配合使用时,不仅能够在减少开关损耗和增强可靠性的条件下提高开关速度,还使得设计人员能够在实际应用中轻松实施SiC技术。

  飞兆半导体为缩短设计时间、加快上市速度,还提供了应用指南和参考设计。应用指南可供设计人员获取SiC器件设计所必需的其他支持;参考设计有助于开发出符合特定应用需求的驱动器电路板。

  飞兆半导体的SiC BJT采用TO-247封装;符合条件的客户从现在起即可获取工程设计样品。

  巩固创新优势

  蓝建铜最后表示,飞兆半导体在功率半导体器件领域掌握的专业技术非常符合不断发展的碳化硅市场状况。公司的SiC产品组合将提供当前竞争对手望尘莫及的速度、灵活性和总体性能优势。飞兆半导体致力于打造可帮助客户实现成功的解决方案,通过不断与客户合作提供出色的多市场半导体产品,注重创新、服务和生产的卓越性。

  通过在产品组合中引入基于SiC技术的新产品成员,飞兆半导体进一步巩固了其在创新型高性能功率晶体管技术领域的产品领先地位。飞兆半导体SiC解决方案将帮助功率产品开发人员获得成功。

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