碳化硅 MOSFET 给电力电子系统带来哪些创新设计
我们常说，一代电力电子器件决定一代系统设计。那么，基于宽禁带半导体材料的sic mosfet的出现，将给电力电子系统设计带来哪些颠覆性的改变？英飞凌零碳工业功率事业部技术总监沈嵩先生，在2023英飞凌工业功率技术大会（ipac）上，发表了《coolsic mosfet 赋能电力电子系统的创新设计》的演讲。
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sic mosfet相对于si igbt，性能大幅度改进。主要表现在：
(a) sic mosfet没有拖尾电流，关断损耗大幅度降低
(b) sic mosfet体二极管反向恢复损耗降低
(c) sic mosfet导通无拐点，导通损耗降低
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coolsic mosfet可降低损耗，提升系统功率/效率
(a) 把1500v anpc光伏逆变器的全si方案--f3l400r10w3s7_b11中的 d5/d6管从200a si diode，切换为100a sic diode，得到新模块-- f3l400r10w3s7f_b11，系统功率从175kw上升到200kw
(b) 在光伏boost中，相比于1200v 50a ch7加 si diode方案，1200v sic mosfet+sic diode的方案，高温下开关损耗最多可降低80%。
(c) 氢燃料电池是新兴的应用，对能效的要求非常高。氢燃料电池车的电力电子系统主要有dcdc升压变换器和空压机。dcdc升压变换器主流方案有两种：sr boost及boost方案。两种方案英飞凌都有完整的方案提供。
(d) 燃料电池空压机要求高频率、高功率、高效率，只有sic mosfet能满足这些要求。针对空压机的35kw典型功率，英飞凌有单管和模块两种方案提供。
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coolsic mosfet 可简化系统拓扑设计
(a) 2kv sic mosfet系列上市，to-247plus-4-hcc封装增加了爬电距离和电气间隙，.xt高性能焊接技术改善了热性能。对1500vdc光伏系统带来的改变是，可以用两电平拓扑代替原来的三电平拓扑。
(b) 2kv easy封装的df4-19mr20w3m1hf_b11集成了4路boost，最大boost电流可达40a。模块成功应用于阳光电源，将传统si器件的三电平电路简化为两电平电路，同时减小芯片面积约70%，轻载工况下的效率最高提升1%。
(c) sic mosfet可简化充电桩应用中dcdc拓扑。传统的充电桩使用650v si mosfet，两级llc串联达到800v的输出电压。现在采用1200v sic mosfet可以只采用一级llc单元，意味着整体体积可降低50%，功率密度提升一倍，并且可以实现双向能量流动。
(d) 采用coolsic easypack可提升充电桩的功率。采用ff6/8mr12w2m1hp_b11可实现双向50kw充电桩，采用三相交错cllc拓扑，英飞凌有相应的demo板可供参考。
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coolsic mosfet 可促成系统集成化
(a) 在电机驱动应用中，sic mosfet导通损耗在各种工况中相比igbt都有所降低。开关损耗方面，相同dv/dt的条件下，sic mosfet开关损耗最多可降低50%~60%，如果不考虑dv/dt的限制，sic mosfet开关损耗最多可降低90%。
(b) sic mosfet应用于伺服系统中，损耗最大可降低80%。散热方式可由主动散热改为被动散热，从而可以与电机集成。允许更大的脉冲电流，实现输出功率跳档，提升效率。
(c) 英飞凌推出的smd封装的sic mosfet从30mohm到350mohm，可实现强制风冷条件下1kw~9kw，自然冷却条件下400w~3kw的系列化设计
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coolsic mosfet 带来全新系统设计
(a)传统的断路器由机械开关组成，通过开关柜和其它控制板实现保护、测量、联网、断合等功能。sic mosfet应用于智能断路器，可以将这些功能集中在一个单元中，大大缩小系统体积。
(b)sic mosfet应用于高压智能断路器，不需要考虑灭弧问题，而且能对电气表现做更精确的控制。
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总结
(a) 英飞凌提供完整的sic mosfet产品目录，单管覆盖650v~2000v，导通电阻从7mohm到350mohm。
(b) easy系列的sic mosfet模块产品有多种拓扑，包括半桥、h桥、三相桥、booster、三电平等，最大电流等级做到2mohm。
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sic mosfet相对于si igbt，性能大幅度改进。主要表现在：
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(b) sic mosfet体二极管反向恢复损耗降低
(c) sic mosfet导通无拐点，导通损耗降低
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coolsic mosfet可降低损耗，提升系统功率/效率
(a) 把1500v anpc光伏逆变器的全si方案--f3l400r10w3s7_b11中的 d5/d6管从200a si diode，切换为100a sic diode，得到新模块-- f3l400r10w3s7f_b11，系统功率从175kw上升到200kw
(b) 在光伏boost中，相比于1200v 50a ch7加 si diode方案，1200v sic mosfet+sic diode的方案，高温下开关损耗最多可降低80%。
(c) 氢燃料电池是新兴的应用，对能效的要求非常高。氢燃料电池车的电力电子系统主要有dcdc升压变换器和空压机。dcdc升压变换器主流方案有两种：sr boost及boost方案。两种方案英飞凌都有完整的方案提供。
(d) 燃料电池空压机要求高频率、高功率、高效率，只有sic mosfet能满足这些要求。针对空压机的35kw典型功率，英飞凌有单管和模块两种方案提供。
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coolsic mosfet 可简化系统拓扑设计
(a) 2kv sic mosfet系列上市，to-247plus-4-hcc封装增加了爬电距离和电气间隙，.xt高性能焊接技术改善了热性能。对1500vdc光伏系统带来的改变是，可以用两电平拓扑代替原来的三电平拓扑。
(b) 2kv easy封装的df4-19mr20w3m1hf_b11集成了4路boost，最大boost电流可达40a。模块成功应用于阳光电源，将传统si器件的三电平电路简化为两电平电路，同时减小芯片面积约70%，轻载工况下的效率最高提升1%。
(c) sic mosfet可简化充电桩应用中dcdc拓扑。传统的充电桩使用650v si mosfet，两级llc串联达到800v的输出电压。现在采用1200v sic mosfet可以只采用一级llc单元，意味着整体体积可降低50%，功率密度提升一倍，并且可以实现双向能量流动。
(d) 采用coolsic easypack可提升充电桩的功率。采用ff6/8mr12w2m1hp_b11可实现双向50kw充电桩，采用三相交错cllc拓扑，英飞凌有相应的demo板可供参考。
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coolsic mosfet 可促成系统集成化
(a) 在电机驱动应用中，sic mosfet导通损耗在各种工况中相比igbt都有所降低。开关损耗方面，相同dv/dt的条件下，sic mosfet开关损耗最多可降低50%~60%，如果不考虑dv/dt的限制，sic mosfet开关损耗最多可降低90%。
(b) sic mosfet应用于伺服系统中，损耗最大可降低80%。散热方式可由主动散热改为被动散热，从而可以与电机集成。允许更大的脉冲电流，实现输出功率跳档，提升效率。
(c) 英飞凌推出的smd封装的sic mosfet从30mohm到350mohm，可实现强制风冷条件下1kw~9kw，自然冷却条件下400w~3kw的系列化设计
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coolsic mosfet 带来全新系统设计
(a)传统的断路器由机械开关组成，通过开关柜和其它控制板实现保护、测量、联网、断合等功能。sic mosfet应用于智能断路器，可以将这些功能集中在一个单元中，大大缩小系统体积。
(b)sic mosfet应用于高压智能断路器，不需要考虑灭弧问题，而且能对电气表现做更精确的控制。
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总结
(a) 英飞凌提供完整的sic mosfet产品目录，单管覆盖650v~2000v，导通电阻从7mohm到350mohm。
(b) easy系列的sic mosfet模块产品有多种拓扑，包括半桥、h桥、三相桥、booster、三电平等，最大电流等级做到2mohm。
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