了解碳化硅技术赋能EA 10000系列电源

光源加速

人们在减缓气候变化方面的努力推进了非化石燃料、可再生能源解决方案以及交通运输行业加速电气化的进程。这些新技术要求使用大功率，因此也推动了电源行业的新发展。电动汽车(EV的电池组电压可超过900VDC，容量可达95W。速EV充电系统的额定功率超过0W。氢燃料电池的电芯堆叠是另一项在研的汽车供电技术，其容量可超过500W，输出电流可达00A。光伏模拟电源的最新消息可以到我们平台网站了解一下，也可以咨询客服人员进行详细的解答！https://www.elektroautomatik.cn/software/ea-power-control/

一方面，我们需要摆脱化石燃料，另一方面，全球能耗又在不断攀升。场便是有着更高能源需求的应用例子之一。为了使采用可再生能源来支撑运行成为可能，场正从交流配电转型为直流配电，其工作电压达360VDC，电流容量达00A。此外，许多新兴技术也在使用00VDC级别的电压。


市场需求下的挑战
面对测试这些大功率产品的市场要求，EA需要开发输出功率更大、输出电压更高、以及有助于减小测试系统体积并降低能耗成本的电源。因此，EA新推出的000系列可编程直流电源需要满足以下目标：



效率于现有可编程直流电源
更高的直流输出电压，达00V
更高的功率密度，更小的体积
更低的单位能耗成本。

EA图片团队考虑过是使用基于硅(S的晶体管技术，还是使用更新的碳化硅(SC功率晶体管。如果使用现有的硅半导体技术，在采用工作频率为40H的开关模式图片时，电源设备的比较高效率可达93%。如果电源设备使用5W电源模块，那么可现的功率密度为92W3。


硅晶体管电源的限制
基于硅的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）图片需要个开关晶体管，才能达到5W。考虑到MOSFET的%的降额需求，5W电源模块必须串联个500VDC模块，才能现00VDC。个5W电源模块才能组成一台W的设备。如要满足0W的负载需求，测试系统图片师将需要十台W电源。这个电源数量需要占用高度达42U的英寸测试机架。如果负载需求为450W，测试系统将需要包含台测试机架，占用平方英尺的机架空间。如果电源需要以93%的比较高效率运行，测试系统将产生大量热量(3W，而这些热量是需要被去除的。


而考虑到新电源系列所要达到的目标，更是困难重重，因此EA图片团队决定采用碳化硅功率晶体管。下文介绍了碳化硅技术相对于其他方案的势。


碳化硅MOSFET的效率于硅IGBT
相系统电源的先代产品采用硅绝缘栅双极晶体管(IGBT。IGBT能够支持00V，并提供大电流。但IGBT的传导和开关损耗也较大。相比之下，碳化硅MOSFET大功率半导体的传导和开关损耗则低得多。如图1所示，当用作开关时，碳化硅MOSFET的压降低于等效IGBT的压降。饱和碳化硅MOSFET的沟道电阻RDS（通）低于饱和IGBT的PN结电阻，在低负载条件下，尤其如此。因此，碳化硅MOSFET的传导损耗低于IGBT的传导损耗。开关损耗方面的差异（如图1右侧所示）则要大得多。硅IGBT的电容高于碳化硅MOSFET，因此，IGBT关断所需的时间更长。图1显示，碳化硅MOSFET的开关能量损耗降低了个系数。



图1碳化硅MOSFET与硅IGBT之间的开关和传导损耗比较
碳化硅晶体管的开关速度于硅晶体管
由于碳化硅MOSFET的开关时间更短，因此这些晶体管能够以更的开关速度工作。图2显示，论是导通操作，还是关断操作，碳化硅MOSFET的电压变化率(都几乎是硅MOSFET电压变化率的两倍。



图2硅MOSFET（上方的图）与碳化硅MOSFET（下方的图）的通断电压变化率比较
碳化硅晶体管的可靠性更高
就可靠性而言，碳化硅MOSFET的击穿电压高于其数据表规格（见图3）。碳化硅MOSFET的击穿裕度可显示组件在面对瞬态过压时的稳健性。在低温下，碳化硅MOSFET具有特定击穿电压。IGBT制造商则法保证零下温度条件下的击穿电压。例如，00UIGBT法在-°C时耐受00V。在这个温度下，必须对设备降额。



图3碳化硅MOSFET的际击穿电压与温度的关系。图中显示了对来自个不同生产批次的组件（个一组）进行的测量。
碳化硅晶体管的空间占用更少
碳化硅功率半导体和硅功率半导体之间的一个更显著的区别在于晶粒尺寸。首先，相比具有同等功率的硅晶体管晶粒，碳化硅晶粒更小。其次，硅晶体管需要使用反向偏压二极管，才能现集电极与发极之间的双向电流。碳化硅晶体管源-漏沟道可以在任一方向上传导电流。此外，碳化硅晶体管的晶体管结构中包含寄生体二极管。因此，与硅晶体管不同，碳化硅晶体管不需要额外的二极管。以00V晶体管为例，碳化硅晶体管的晶粒面积约为硅晶体管晶粒面积的?。因此，布置在电源电路中的碳化硅组件所产生的杂散电感更小。总的来说，碳化硅封装越小，成品的功率密度越大。


000系列新电源现的宏大目标
EA利用碳化硅技术开发了W可编程电源，其搭配高度为4U的机箱，输出电压可达00V。较之于基于硅晶体管的型号，这些产品的点在于：



效率提升了3%
功率密度提高了37%
0W电源系统的空间占用减少了33%
0W电源系统的发热量减少了42%
单位能耗成本降低了-%。

得益于碳化硅晶体管的更高开关速度，新推出的000系列开关模式交流转直流转换器能够以大约60H的频率工作。其他厂商电源的直流转直流转换器的开关频率约为-40H，相比之下，这些交流转直流转换器的速度提升了%。000系列的更高的开关频率有助于缩减电磁组件和功率放大器的尺寸。不仅电磁组件的质量缩减了%，而且图片所需的感性组件也减少了一个，这就节省了宝贵的空间，减少了热量生成。


进一步了解详情
如要进一步详细了解碳化硅功率MOSFET与硅晶体管之间的区别，请参阅我们的白皮书在新一代可编程直流电源中使用碳化硅技术的势，6_---_(。