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Wolfspeed扩展AEC-Q101车规级碳化硅MOSFET,推出650 V E3M系列产品

Jul 18, 2022
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电动汽车(EV)市场预期在未来十年[i]的复合增长率 CAGR 将高达 25%,这一快速增长由环保需求及政府支持推动,并将由能满足高效率及高功率密度要求的碳化硅(SiC)器件技术实现。

车载充电机(OBC)是当今 EV 关键电力电子系统之一,由 AC-DC 和 DC-DC 功率级组成。当今主流型号里,6.6 kW 单向车载充电机凭借 400 V 电池系统在 EV 中备受青睐。然而,双向车载充电机的趋势与日俱增,可支持新兴的“车网互动”(V2G)服务。2

Wolfspeed 新款车规级 E-系列(E3M)650 V、60 mΩ MOSFET 系列帮助设计人员满足 EV 车载充电机应用。采用 Wolfspeed 第三代 SiC MOSFET 技术,E3M0060065D 与 E3M0060065K( 1)的特色为高温导通电阻低、可高速开关且电容小、体二极管反向恢复特性好、最大结温(Tj)高达 175° C。

重要的是,这些器件通过 AEC-Q101 (Rev. E) 认证完全符合车规级标准,并可以满足生产部件批准程序(Production Part Approval Process,PPAP)。PPAP 说明 Wolfspeed 充分理解设计人员的所有规格要求,并可实现优异的一致性,使得设计人员可对器件生产过程保持充分信心。

图 1:E3M0060065D 与 E3M0060065D 为无卤素、RoHS 合规器件,满足 AEC-Q101 车规级标准并可以满足PPAP。

与市场上现有的 650 V SiC MOSFET 相比,Wolfspeed E3M 650 V SiC MOSFET 技术能让系统因损耗更低而在运行时温度更低,从而在终端应用中显著提高效率( 2)。更低的损耗同时使得器件温度下降,可降低系统级热管理成本并提高系统级功率密度。

图 2:由于 Wolfspeed 器件可提供更高的效率和更低的损耗,这些器件运行时的温度明显低于竞品 SiC MOSFET。

为您的设计选择封装

Wolfspeed 新款 E-Series 650 V 60 mΩ SiC MOSFET 具有两种不同的封装。E3M0060065D 为三引脚 TO-247-3L 封装,E3M0060065K 为四引脚 TO-247-4L 封装(带开尔文源极引脚)。开尔文源极连接可消除源极电感对驱动的影响,使开关损耗更低速度更快。

开尔文源极让设计者能够尽可能地利用 SiC 器件所具有的开关特性。相同裸片采用不同的封装,因此可提供不同的性能。例如,E3M0060065D 在 IDS 为 20 A 时总开关损耗 (ETOTAL) 约 300 mJ;E3M0060065K 在相同情况下的 ETOTAL 则接近 62 mJ( 3)。

图 3:VDD = 400V 时,开关损耗与漏极电流对比图

EV 车载充电机应用中的 E-系列 (E3M) 650 V 60 mΩ SiC MOSFET

基于 SiC MOSFET 的典型双向设计如4 所示,其包括用以 AC-DC 转换图腾柱PFC和双向 CLLC 谐振 DC-DC 变换器。通过采用Wolfspeed E-系列 (E3M) 650V SiC MOSFET,可以提升这两个变化器的性能。

图 4:SiC高开关频率能力(底部)让设计人员可节省无源器件成本,而其高效率更可降低热管理花费(右)。

与全硅双向 EV 车载充电机设计相比,Wolfspeed E-系列 (E3M) 650 V 60 mΩ SiC MOSFET 设计能显著降低电容、磁性元件等无源器件成本,以及热管理和外壳成本。这些成本节省主要来源于在实现更高频率的同时提高开关频率(Fs)的能力。例如,此 AC-DC 转换环节开关频率为 67 kHz。而 DC-DC 开关频率可从全硅的 80-120 kHz 典型频率范围提高到基于 SiC 解决方案的 150-300 kHz。

获取 Wolfspeed design-in 支持

Wolfspeed 提供多个参考设计与评估套件,让设计更加轻松。6.6 kW 双向车载充电机参考设计(CRD-06600FF065N-K)可快速开启项目并帮助 design-in 此新款 E3M 650 V SiC MOFET。

有关 E3M0060065D 与 E3M0060065K 的更多信息,可在 E-系列界面上获取,其提供 Wolfspeed 的车规级、符合PPAP、耐潮湿 MOSFET 系列产品信息,该系列具有业内极为优异的开关损耗和品质因数。

References

  1. IDTechEx, Power Electronics for Electric Vehicles 2022-2032, (https://www.idtechex.com/)
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