广告

SiC实物评测:是否有传说的那么好?

2020-06-18 13:30:28 赵明灿 阅读:
都说SiC和GaN可以实现高效率,从而轻松满足业界所提出的最新能效要求。现在,EDN申请到一款最新的SiC评估板,据说单级PFC的效率达到99%。今天就拿它来做个评测,看看效率是否有声称的那么好。

近几年,在电力电子领域,以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体很热。各大科技媒体争相报道它们有这样那样的好处,例如,SiC耐高电压和高温;GaN的开关频率很快,可以缩小变压器尺寸,从而实现小体积…同时,它们还有一个很大的特点,就是高效率——可以轻松满足业界所提出的最新能效要求。vqHednc

前不久,EDN从英飞凌打听到他们家新推出了一款SiC评估板。于是不假思索地向他们提出,能不能拿块过来做个评测,看看效率是否有声称的那么好。英飞凌很爽快地答应了这个请求;一周后EDN就顺利地拿到了板子(如下),在此首先表示感谢!vqHednc

vqHednc

vqHednc

然而,当拿到评估板,根据产品名称“3300 W CCM bi-directional totem pole PFC”查询到应用笔记后,EDN傻了眼,这块板子评测起来至少需要用到交流电源、直流电子负载、功率分析仪/万用表、示波器和热像仪等五种仪器。不得已,只好再次联系英飞凌,看他们深圳办公室的实验室是否能够向EDN开放。vqHednc

该公司在了解到我们的需求后,表示这些东西他们家应有尽有,于是又一次答应了我们的请求,并且还很贴心地给我们配备了一名技术专家——宋清亮(Owen),来协助我们完成评测,在此再次表示感谢!vqHednc

在敲定好拜访时间后,EDN拿着板子来到了英飞凌在深圳的办公室。vqHednc

SiC评估板里的主要子电路和元器件

首先来看一下这款评估板里所包含的主要子电路和关键元器件。vqHednc

vqHednc

首先,这块电路板的右上角是EMI滤波电路,它包含几颗共模电感、安规电容(X和Y)、NTC热敏电阻,以及交流电输入接线端子、保险丝和继电器。左上角的两块子电路板分别是偏置板(辅助电源)和控制板:偏置板是一块准谐振反激式开关电源,用来为风扇、MOS管栅极驱动和控制电路供电;控制板则用来实现电压、电流和极性检测,以及确保无桥图腾柱拓扑能够正确工作。vqHednc

剩余的部分就是无桥图腾柱本身了。它包括PFC扼流圈、大电解电容,以及贴在散热器两边的分别两颗SiC和Si MOS管。vqHednc

宋清亮告诉EDN,前两天他也正好拿到相同的板子,对它进行了测试。他补充说,这个电路板是一级PFC,效率达99%。由于采用了SiC MOSFET作为功率开关,因此使用了电流连续模式(CCM)图腾柱无桥PFC拓扑。这里需要说明的是:由于CCM图腾柱拓扑在每个开关周期内续流管的体二极管都要经历硬换流(二极管在导通过程中由于被突然施加反压而强制关断),因此传统硅MOSFET是无法可靠应用于该拓扑的。vqHednc

由于只有一级PFC电路,因此我们主要可以测的指标有效率、功率因数和发热。vqHednc

各负载点下的效率

首先来看效率——这块板子的满载输出功率为3.3kW,半载时可达最大效率。这里可以用功率分析仪或万用表来测,为了方便,我们选用功率分析仪来测。我们从0.5A输出电流(0.2kW输出功率)开始成倍数地增加负载(详细测试请见视频)。vqHednc

vqHednc

7.5A(3kW)时的效率vqHednc

随后,宋清亮把测试过的效率数据分享给了EDN,如下图所示。两条曲线的数据分别来自功率分析仪和万用表。他告诉EDN,测试仪器有一定误差,这里万用表的精度比功率分析仪要高,所以曲线偏上。由此可见,在半载情况下,这块电路板确实能够达到99%以上的效率。vqHednc

vqHednc

功率因数

下面来用示波器测功率因数(详细测试过程请见视频)。顺便提一下,由于采用图腾柱无桥PFC拓扑,电流可以双向流动,因此有整流器(PFC)和逆变器两种工作模式选择(双向),这也是图腾柱拓扑所固有的特性。vqHednc

在电流值比较小时,电流和电压的相位关系还算不错,但电流波形不太漂亮。随着负载加大,电流的正弦性得到改善,功率因数也就得到提高。vqHednc

vqHednc

发热

最后再来看发热情况。我们把风扇去掉,让板子在满载情况下持续工作,大约20分钟后,温度达到最大值。vqHednc

vqHednc

宋清亮告诉EDN,相比Si和GaN来说,SiC耐高温性能更好,其Rds(on)随温度变化更小,因此在发热测试中所受到的效率损失很小。vqHednc

SiC的频率确实做不到GaN那么高,因此没有体积上的优势。但是,它的特性(易用性)最像IGBT,并且不存在IGBT那样的拖尾电流现象。同时,SiC MOSFET由于开启门限电压较高(~4V),并且在关断过程中由于漏极电压变化引起的dv/dt 在栅极上所引起的感应电压很低,因此采用SiC MOSFET不需要采用负压关断,也就不需要在变压器上多绕一个线圈来提供负压,可以节省成本,这是工程师最喜欢的。此外,IGBT达不到这么高的效率,这就是SiC的优势。vqHednc

另外,他补充道,实际应用的电路板也不一定要做到这么大。比如,这里有四颗电解电容,是为了满足掉电保持时间的要求而设置的——如果没有这方面要求,只要用到两颗就够了。vqHednc

又比如,通常来说,PFC电路是AC/DC电源的第一级,其后往往还有一级隔离的DC-DC电源,因此在实际产品中,PFC的输出是不需要有共模电感的。这块评估板为了测试EMI的性能,在输出增加了共模电感,这就增加了尺寸和降低了效率(共模电感也有功耗)。vqHednc

总之,对于AC/DC电源,如果采用CCM图腾柱拓扑和SiC MOSFET,其PFC级可以实现比评估板还要高的效率和功率密度。vqHednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 效率99%跟99.1%就差很多了,仪器误差影响很大
  • 是呀
  • 赵总变胖了!
  • 电子技术设计网需要提升实验室水平啦。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 非抗辐射MOSFET能用于辐射环境吗? 最近遇到一家客户有点“不切实际”地执意要在辐射暴露的供电应用中,使用并非专为辐射环境而设计的功率MOSFET……
  • SiC衬底的生产到底难在哪里? 全球“双碳”背景下,绿色能源的普及和汽车电动化已经逐渐成为了趋势。特斯拉首次将意法半导体生产的24个SiC MOSFET功率模块引入其Model 3的主逆变器中,推动了碳化硅功率器件市场的增长。
  • 全球碳化硅 (SiC)市场专利格局分析报告 碳化硅在电动汽车 (EV) 应用中的采用正在推动碳化硅 (SiC) 功率器件市场的增长。
  • 比亚迪更新光伏逆变专属IGBT为绿色发电助力  在“碳中和”的背景下,光伏逆变器的核心IGBT功率半导体的市场需求与日俱增,比亚迪半导体发布的两款光伏逆变IGBT有哪些参数和优势呢?
  • 仅16个本科员工,却是国内功率半导体市场第二梯队?网友:怎 近日,黄山芯微电子股份有限公司(简称“芯微电子”)的招股说明书成了业内议论的话题。研发人员为88人,占比11.1%,本科学历的员工人数仅为16人,占比2.02%。却被列为国内功率半导体市场的第二梯队,即研发设计制造能力相对突出,且少数突破了功率半导体芯片技术瓶颈的公司。网友提出质疑:这个大专学历占多数的88人研发团队是如何做到的?
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:PLC电力线载波通信 LD801是一款适用于12MHz以下窄带、高速或宽带中频电力线载波通信(PLC)的高性能线路驱动(功放)芯片,最大输出功率24dBm。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:碳化硅肖特基二极管 碳化硅肖特基功率二极管在开关电源电路中的应用,更好的让电路工作在高频状态,减小电路中电感等元件体积重量,由于碳化硅肖特基二极管优良的耐温性能和低损耗特性,让电路中热沉的体积重量得到改善,便于优化电路的热设计,与此同时,应用了SOD123封装形式的该款器件,为功率二极管小型化提出了解决方案,更好的贴合对器件小型化和产品功率密度改善有要求的客户需求。该产品可应用于高频ACF,小功率GaN适配器,驱动部分自举电路,高频DC/DC电路等应用场合。G51XT碳化硅肖特基二极管已进入市场,有良好的市场反馈。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:屏蔽栅金属氧化场效 捷捷微电 (上海) 科技有限公司已推出的 N 沟道 100V 含自有先进平台 JSFET 系列中的 JMSH1001ATL ,采用了经 AEQ-101 验证、具超优热导性能的 PowerJE10x12 (TOLL) 创新型封装。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:超高耐压贴片SJ-MOS 维安面向全球市场,在800V及以上超高压产品进行了大量的技术投入,经过近多年的超高压SJ-MOSFET产品研发积累,已开发出国内非常领先的工艺技术,可以将小封装,高耐压导通电阻做到非常低水平。给客户提供高功率密度的800V及900V以上耐压产品。此举填补国内空白,打破了进口品牌垄断的局面。降低对国外产品依存度。维安1000V超结工艺产品技术利用电荷平衡原理实现高耐压的低导通电阻的特性。相比VD-MOSFET 结构工艺产品,SJ-MOSFET有更好的更小封装和成本优势。目前市场使用1000V耐压MOSFET,多以TO247, TO-3P甚至TO-268超大封装。维安1000V器件WMO05N100C2,使用TO-252/DPAK贴片封装,内阻低至3.5Ω,相比同规格VDMOSFET 6-7Ω 下降1倍。目前在工业控制,中低压配电等380VAC输入场景得到广泛应用。
  • Vishay推出最新第四代600 V E系列MOSFET器件, RDS(O 超级结器件降低传导和开关损耗,提高通信、服务器和数据中心应用能效
  • Syndion GP:赋能先进功率器件的未来 未来的特种技术需要怎样的芯片制造工艺?
  • Vishay推出高力密度、高分辨、小型触控反馈执行器,适用 可定制器件采用小型两件式结构,工作温度达+105℃,适用于各种恶劣商用环境
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了