WBG 如何迈向效率“1”的一步

作为一名山地自行车爱好者，我承担了有计划的风险。为了让我进步，我必须推动自己更快地跳过障碍物，提高速度，更紧地切弯，同时保存能量以取得强劲的成绩。虽然喜欢冒险，但我远不是像 Red Bull Rampage YouTube 视频中熟练的山地自行车骑手那样尝试并成功登陆梦幻般的峡谷跳跃（图 1）的胆大妄为的人。在比赛的每个阶段，我的目标都是缩小我的实际表现和我的潜力之间的差距。

与山地自行车一样，工业应用总是随着效率和功率的提高而变得更好。跨越这一差距的方法之一是采用宽带隙技术。宽带隙技术在不断改进，与几年前相比，越来越多的产品变得可用且价格更加实惠。本博客将讨论Littelfuse碳化硅 (SiC) 产品如何成为需要提高效率、可靠性和热管理的应用的理想选择。

Littelfuse SiC MOSFET

所有Littelfuse 碳化硅 MOSFET都针对高频、高效应用进行了优化（图 2). 这些 SiC MOSFET 为高频开关提供低栅极电荷、低输出电容和低栅极电阻。这些器件还具有低漏源导通电阻。这些 MOSFET 的低栅极电荷和导通电阻转化为较低的传导和开关损耗。Littelfuse 提供内部设计、开发和制造的 SiC MOSFET，具有低栅极电荷和输出电容、行业领先的性能以及在所有温度下的坚固性。Littelfuse SiC MOSFET 具有多种封装、配置以及电压和电流等级。可以受益于使用 SiC-MOSFET 的典型工业应用包括电机驱动、光伏 (PV) 太阳能逆变器、不间断电源 (UPS) 系统和模块化多电平转换器。

图 2：由于效率提高而受益于 SiC-MOSFET 的应用包括电机驱动、光伏太阳能逆变器、UPS 系统和模块化多电平转换器。（来源：romaset - stock.adobe.com）

让我们更仔细地看一个具体的例子。这是一个与 60W 辅助开关模式电源 (SMPS) 的低成本设计和高性能相关的用例。使用 1700V 级器件，例如 Littelfuse 的 SiC MOSFET，特别是他们的LSIC1MO170E0750 N 沟道 SiC MOSFET产品（图 3），允许电源接受从 300V 到 1kV 的宽范围输入电压。

图 3：LSIC1MO170E0750 N 沟道 SiC MOSFET 为高频开关应用提供低栅极充电电阻和超低导通电阻。（来源：贸泽电子）

工业辅助电源设计注意事项

需要具有高可靠性的简单低复杂度设计，以确保辅助电源不会成为系统可靠性的限制因素。单开关反激式拓扑是低功率 DC-DC 电源转换的最常见选择，因为它结构简单、元件数量最少且成本低。然而，为辅助电源应用的单开关反激式拓扑选择硅 MOSFET 存在一些挑战。在反激拓扑中，功率开关器件必须具有承受总系统电压的电压能力，以解决最高输入电源、变压器感应效应、次级反射电压和电路布置/布局效应。

在 1000V 输入时，功率开关器件上的峰值电压很容易超过 1200V，这使得选择具有适当阻断电压的硅 (Si) MOSFET 具有挑战性。1500V Si MOSFET 的裕量较低，会引起可靠性问题。额定 2000V 及以上的 Si MOSFET 可以提供足够的余量。尽管如此，特定的导通电阻仍远高于较低电压的 MOSFET，从而降低转换器效率并影响热管理。即使对于低功率转换应用，这种结果也可能需要更广泛的冷却解决方案。此外，>2000V 额定电压的 Si MOSFET 的成本要高得多。应采用双开关反激式或其他拓扑来使用额定电压为 1500V 及更低的 Si MOSFET。然而，双开关反激式拓扑结构的设计复杂性和转换器组件数量将显着增加。

解决方案： 1700V DS，750mΩ SiC MOSFET

1700V SiC MOSFET 的引入为此类应用提供了一种可能的解决方案，即通过使用简单的单开关反激式拓扑来实现宽输入电压范围。1700V 的击穿电压即使对于 1000V 的输入电压也能提供足够的电压余量。1700V SiC MOSFET 的特定导通电阻远低于 2000V 器件和额定值以上的 Si MOSFET。

此外，与 Si MOSFET 相比，SiC MOSFET 的开关损耗更低。较低的开关损耗还提供了增加辅助电源开关频率以减小变压器尺寸和重量的选项。

它采用的 TO-247 封装还具有较大的表面积和良好的导热性，与低压设备的较小外形封装相比，热管理更简单。

工业电源解决方案 WBG

借助 Littelfuse 的宽带隙 SiC MOSFET，设计人员可以以更大的余量缩小间隙，以实现他们的电源和效率解决方案。有一件事是肯定的。缩小这个差距比让我的自行车跨过下一个鸿沟要容易得多。

作者

Paul Golata 于 2011 年加入 Mouser Electronics。作为一名高级技术专家，Paul 通过推动战略领导、战术执行以及先进技术相关产品的整体产品线和营销方向，为 Mouser 的成功做出了贡献。他通过提供独特且有价值的技术内容，为设计工程师提供电气工程领域的最新信息和趋势，促进并提升贸泽电子作为首选分销商的地位。

在加入 Mouser Electronics 之前，Paul 曾在 Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU 和 Arrow Electronics 担任过各种制造、营销和销售相关职务。他拥有 DeVry 理工学院（伊利诺伊州芝加哥）的 BSEET；佩珀代因大学（加利福尼亚州马里布）的工商管理硕士学位；来自西南浸信会神学院（德克萨斯州沃思堡）的 MDiv w/BL；以及西南浸信会神学院（德克萨斯州沃思堡）的博士学位。

审核编辑 黄昊宇