找方案 | 世平安森美NXH010P120MNF1 SiC Module 应用于5KW的方案介绍

 

基于节能减碳意识高涨及电力供应偶有突发不足情况，高耗能且效率不佳的设备总会列入优先检讨的对象，除了占最大耗能的马达族群外，像电焊／电镀／电浆等动辄数千瓦起跳的电能转换族群，若转换效率能再优化，多少为节能减碳会有些许的贡献。

 

而这类型高耗能产品因为耗能高，所以大都采用交流380V或交流480V的电源供电，相对于如此高压的功率元件选择性不多，主要是以IGBT为主，但IGBT元件本身有先天上的限制，例如较大的电流必需工作在较高的VCE条件下及较高的温度会伴随著较大的遍移量和较长的逆回复时间时等限制会让IGBT不适合在使用在较高的操作频率及较高温的工作环境中。

 

安森美针对高电压大功率能量转换应用推出专用的整合元件NXH010P120MNF1产品，其包含了二颗10 mR/1200V SiC MOSFET及一颗NTC电阻所组成的半桥模组，其提供设计者线路设计便利性及功率元件散热结构考量之困扰，更可适当的提高操作频率得以有效的缩小能量转换的变压器体积进而缩小整体电源转换架构总材积以达到提高效率优化材积的双重优势。

 

模块介绍：

 

NXH010P120MNF1 是一种SIC-MOSFET功率元件整合模块，包含一个半桥架构电路，该电路由二颗带反向二极管的10mR、1200 V SIC-MOSFET 组成同时内建一组热敏电阻，接脚会有带预涂热界面材料 (TIM) 和不预涂 TIM 的选项。同系列产品有不同阻抗的或不同电压的半桥或全桥模组，零件编号分别为 NXH006P120MNF2PTG / NXH040P120MNF1PG / NXH010P90MNF1PG / NXH020F120MNF1PG / NXH040F120MNF1PG / NVXK2TR40WXT / NVXK2TR80WDT 。

 

NXH006P120MNF2PTG 是二颗带反向二极管的6mR、1200 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的半桥功率模组。

 

NXH040P120MNF1PG 是二颗带反向二极管的40mR、1200 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的半桥功率模组。

 

NXH010P90MNF1PG 是二颗带反向二极管的10mR、900 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的半桥功率模组。

 

NXH020F120MNF1PG 是四颗带反向二极管的20mR、1200 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的全桥功率模组。

 

NXH040F120MNF1PG 是四颗带反向二极管的40mR、1200 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的全桥功率模组。

 

NVXK2TR40WXT 是四颗车规带反向二极管的40mR、1200 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的全桥功率模组且符合AEC-Q101 和 AQG324 的汽车认证。

 

NVXK2TR80WDT 四颗车规带反向二极管的80mR、1200 V SIC-MOSFET及热敏电阻所组成的全桥功率模组且符合AEC-Q101 和 AQG324 的汽车认证。

 

模块内部线路及外观示意图：

模块内部线路及外观示意图

 

半桥隔离驱动器介绍： 

NCP51561是隔离式双通道栅极驱动器，具有分别为4.5A/9A开启和关闭峰值电流，是设计用于快速开关以驱动功率MOSFET和SiC-MOSFET功率元件。同时提供较短的传递延迟让设计者得以使用较高的脉宽占比以优化效率或控制行为。该驱动器可用于两个低侧、两个高侧开关或具有可编程死区时间的半桥驱动器的任何可能应用。其主要特征为：

5 A开启峰值、9 A关闭峰值输出电流能力;

双低侧、双高侧或半桥栅极驱动架构均适用;

两个输出驱动器的独立欠电压保护功能;

共模瞬态抗噪能力 CMTI > 200 V/ns;

传递延迟典型值为 36 ns、每通道 5 ns 最大延迟匹配、 5 ns 最大脉宽失真;

用户可编程输入逻辑：通过 ANB 的单输入或双输入模式、启用或禁用模式 ENA/DIS 引脚分别在启用或禁用模式设置为低或高时同时关闭两个输出;

用户可编程死区时间;

隔离与安全：5 kVRMS 隔离 1 分钟（根据 UL1577 要求）和输出通道之间的 1500 V 峰值差分电压、8000 VPK 增强隔离电压（根据 VDE0884-11 要求）、CQC 认证符合1−2011 、符合 IEC 62386−1 的 SGS FIMO 认证。

 

内部功能方块示意图：

内部功能方块示意图
 

 

►场景应用图

 

►产品实体图

 

►展示板照片

 

►方案方块图

 

►核心技术优势

SIC-MOSFET相对于IGBT技术优势:

1.更低的切换损耗：基于材料特性具备较低反向恢复时间，可快速关断SIC-MOSFET的导通电流，且由于低栅极启动电荷和低反向恢复时间所以能快速开启SIC-MOSFET。

2.更低的传导损耗：基于低导通电压可改善IGBT导通前的不作动行为，配合较低的内阻温度漂移系数可在较高的功率或温度较高的环境下工作时，不会有太大的内阻变化而造成过多功率损耗。

 

SIC-MOSFET相对于MOSFET技术优势:

1.  10倍介电击穿场强度

2.  2倍电子饱和／移动速度 

3.  3倍能隙

4.  3倍热传导率

 

►方案规格

方案规格及模块特性 : 

 适用交流480V以下电源系统

 高度整合的功率级驱动模块

 2个半桥隔离式栅极驱动器Source 4.5A/Sink 9A，具有5KV绝缘

 半桥隔离栅极驱动器内置欠压保护功能

 半桥隔离栅极驱动器共模抗噪能力>200 V/ns

 半桥隔离栅极驱动器可设置死区时间

 模组单体内建过温侦测功能

 实际电气驱动功能及规格需搭配外置之微处理器配合所需功能之线路来决定最终功能