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先进碳化硅技术,助力简化半导体设备设计

Apr 20, 2022
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半导体制造和组装厂遍布全球,其运行电网电压多种多样。为服务于全球市场,针对此类应用销售专业设备的 OEM 需要在其设备上设置多个输入电压选项。正因如此,Astrodyne TDI(ATDI)为其新型 Kodiak 电源平台选择了 Wolfspeed 碳化硅(SiC)MOSFET。

Kodiak 平台采用通用封装形式、适用于 208/230VAC 和 400/480VAC 输入电压的型号,因此 ATDI 的客户无需重新设计系统便可在不同地区运行。Wolfspeed SiC MOSFET 采用 TO-263-7 表面贴装封装的650V 和 1200V 两个产品系列,使这种设计通用性得以实现。

下一代半导体制造和组装公司正在寻求不同地点的工厂能够实现设备通用性,以简化运行和减少新设备的鉴定时间。这就要求设备采用单一核心设计、但要具有能够处理不同工厂中不同电网电压的型号,同时符合当地和国际安全和性能标准。Astrodyne TDI 正与 Wolfspeed 开展合作,利用 SiC 技术来解决 OEM 在为下一代制造/组装客户提供支持方面所面临的此类挑战。OEM 的解决方案提供的电源系统要能够在不同电网电压水平下使用相同控制和功率拓扑。针对所有电压范围采用相似设计,让客户更轻松地集成这些系统,而无需更改设计,也无需对每个具有不同电网电压的制造厂的不同设备进行鉴定。

Illustrated closeup of a Wolfspeed Silicon Carbide MOSFET
ATDI 为其新型 Kodiak 电源平台选择了 Wolfspeed SiC MOSFET,为销售具有多个电压输入选项的专业设备的 OEM 提供支持。

灵活性铸就强大的可扩展性

通过利用单一封装形式和功率拓扑,ATDI 的电源简化了其客户的设计和鉴定过程,从而更轻松地将电源集成到工艺和测试设备。这还减少了制造/组装终端客户的负担,因为即使在具有不同电网电压的不同地点的工厂,他们依然可从设备中获得同样的性能。

理想情况下,下一代制造/组装厂希望在所有地点和工厂的后道工艺和前道工艺中都能获得单一但灵活的电源平台。现在,利用 650V 和 1200V SiC MOSFET 可实现这一点。使用该产品,只需进行少量设计更改,便可实现在 208VAC 至 480VAC 输入电压范围内采用一个拓扑来运行。SiC MOSFET 是唯一能够在 208/230V 和 400/480V 电压水平下实现有源前端和移相全桥拓扑的技术。

Product photo of the Kodiak power platform
ADTI 基于 SiC 的 Kodiak 电源平台是高功率 DC 系统的理想选择,尤其适用于工业和国防应用。

通过利用 Wolfspeed SiC 技术,ATDI Kodiak 电源平台可在不同输入电压下使用相同功率拓扑 - 只需断开 SiC 器件、磁性元件和电容,便可在不同电压水平下运行,同时还能保持同一封装内的性能相同。此外,Wolfspeed 650V 和 1200V 额定电压器件产品组合非常广泛,可在每个电压水平下对设计进行优化。而这种通用性水平是Si MOSFET 或 GaN 器件无法实现的,因为它们的额定电压有限,Si IGBT 解决方案也不可行,因为与 SiC 相比,Si IGBT 的开关损耗高得太多。

这种灵活性让客户能够在具有不同输入电压的不同工厂和地点中对相似产品进行鉴定并加以利用。开发和鉴定时间显著减少,实施也更为简单。通过采用一致的机械封装形式、功率拓扑和经审查的接口,OEM 节省了设计时间,终端用户也知道他们会在所有制造厂获得一致性能。

提供灵活性但不失真

除了 ATDI 利用 Wolfspeed SiC 技术实现的单一设计灵活性外,Kodiak 电源平台还解决了下一代制造/组装厂面临的其他挑战。

对任何制造厂而言,一项关键的挑战是由所有电源和负载引起的电力线失真。这种失真需要被限制在可接受的水平,才能避免出现其他设备问题,并满足电网要求。Kodiak 电源平台将总谐波失真(THD)保持在 5% 以下,可满足甚至超过电能质量要求。Kodiak 电源还坚持遵守 SemiF47 和 IEC 61000-4-11 标准,确保在出现电力线波动的情况下稳定运行。

Close up photo of ADTI's Liquablade™ power module.
ADTI 的 1U 高 LiquaBlade™ 功率模块组件提供三个功率转换通道,每个通道额定输出功率为 5.5kW,模块总功率为 16.5kW。

虽然低 THD 电源在 230VA 应用中较为常见,但其实 ATDI Kodiak 电源非常独特,原因是即便在 400/480VAC 电压水平下,它也能具备低 THD 这一性能,而无需外部滤波。拥有这一性能的方法是,其利用真正的三相功率因数校正拓扑和专有控制技术。保持低 THD,客户便可不用在系统或工厂级别添加其他滤波器,也不用排除设备之间可能存在的干扰问题。

单一设计,赋能诸多产品

ATDI 通过采用 Wolfspeed SiC 技术,解决了 OEM 为电网电压各异的全球市场设计设备时所面临的关键挑战。包括下一代制造/组装厂在内的终端客户可在不同工厂利用通用设备,并实现了使用 SiC 基电源相比于 Si 基电源的价值,可谓大获裨益。Kodiak 电源平台让客户能够在不同电网电压水平下采用相同控制和功率拓扑,无论输入电压水平如何,均能确保实现高性能。这一适用于所有电压范围的通用拓扑,使客户能够将 ATDI 的电源集成到各种产品中,而无需更改设计或对不同地点的不同服务设施设备进行鉴定。

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