L'efficienza e la robustezza delle sorgenti di alimentazione in modalità di commutazione (SMPS) le rendono particolarmente adatte per applicazioni quali stazioni di ricarica di veicoli elettrici (EV), inverter solari,e motori motori industrialiTuttavia, a causa della necessità di una maggiore tensione e corrente di funzionamento, di una minore conduzione e perdita di calore, e di un aspetto più compatto,i progettisti devono adottare la tecnologia MOSFET avanzata al carburo di silicio (SiC)Questa tecnologia deve essere accuratamente combinata con tiristori MOS e rettificatori di ponte di recupero rapido per creare il miglior sistema di conversione di potenza.
Questo articolo prende come esempio le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici per delineare i requisiti di SMPS.e come diverse tecnologie di dispositivi (ciascuno ottimizzato per specifiche funzioni di circuito) sono stati combinati per creare un sistema di conversione di potenza più efficiente e compatto è stato dimostrato.
Una panoramica dei moderni sistemi di ricarica elettronica mediante stazioni pubbliche di ricarica veloci per veicoli elettrici
L'efficienza è una caratteristica distintiva degli SMPS, ma le moderne applicazioni ad alta potenza stanno spingendo questi progetti a nuovi estremi.,Un'efficienza inferiore dell'1% equivale a uno spreco di 3,5 kilowatt di potenza, aumentando notevolmente i costi operativi e i carichi termici.
I MOSFET SiC ad alte prestazioni sono il nucleo per ottenere una maggiore efficienza.consentire l'uso di componenti passivi più piccoli e ridurre le perdite di conversionePurtroppo, questi fattori rendono anche i MOSFET SiC suscettibili a surge di tensione transitori.
Inoltre, il SiC MOSFET non è la soluzione ottimale per tutte le parti di una stazione di ricarica a tre livelli.comunicazione in reteAnche se il percorso principale di ricarica viene interrotto, questi sistemi devono rimanere operativi.
È necessario comprendere i requisiti di ciascuna parte della stazione di ricarica rapida in CC e scegliere attentamente la tecnologia appropriata dell'apparecchiatura.
Utilizzando un MOSFET SiC a bassa resistenza per ottenere una conversione DC-DC ad alta potenza
La fase di conversione DC-DC della stazione di ricarica rapida a 3 livelli dimostra le sfide che si pongono alla moderna progettazione SMPS.questa fase richiede tradizionalmente l'uso di transistor bipolari a porte isolate in silicio ad alta tensione (IGBT) o MOSFET a carburo di silicio ad alta tensioneEntrambi i metodi comportano perdite di efficienza: IGBT ha perdite di commutazione elevate, mentre alcuni primi MOSFET SiC hanno perdite di conduzione relativamente elevate.la resistenza di accensione (RDS (ON)) di alcuni dei primi MOSFET SiC ad alta tensione era di circa 100 m Ω.
La serie MOSFET SiC Littelfuse IXSJxxN120R1 fornisce una soluzione convincente a questo problema.Questa caratteristica di bassa resistenza può ridurre al minimo le perdite di conduzione e ottenere eccellenti prestazioni termiche.
Questi dispositivi sono confezionati in ceramica isolata con una capacità di tensione di isolamento di 2500 VAC (1 minuto).Questa progettazione riduce la resistenza termica al dissipatore di calore e riduce al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI) riducendo al minimo la capacità di scambio del dissipatore di caloreAllo stesso tempo, adotta il familiare pacchetto TO-247-3L, che facilita l'integrazione.
IXSJ43N120R1 è un esempio tipico (Figura 1). L'ID di corrente di scarico continua nominale del dispositivo a +25 ° C è di 45 A e l'RDS (ON) è di 36 m Ω (valore tipico).Ha anche una bassa carica di 79 nC e una capacità di ingresso di 2453 pF, che lo rende adatto a progetti con magneti più piccoli.
Immagine del MOSFET SiC a piccole spinte IXSJ43N120R1 1200 V
Figura 1: L'IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET adotta un pacchetto TO-247-3L isolato, con un ID di corrente di scarico continua nominale di 45 A e RDS (ON) di 36 m Ω (valore tipico) a +25 °C. (Fonte immagine:Piccolino)
La serie IXSJxxN120R1 riduce le perdite di conduzione mantenendo la capacità di blocco ad alta tensione, consentendo ai progettisti di semplificare la topologia del convertitore, ridurre le spese generali termiche,e massimizzare l'efficienza complessiva del sistema.
Minimizzare le perdite degli interruttori nelle prestazioni attive dell'interfaccia
In altre parti della stazione di ricarica rapida in CC, le perdite degli interruttori possono essere più importanti rispetto alla resistenza.Il front-end attivo converte la potenza CA in potenza CC e modella la forma d'onda corrente per soddisfare i requisiti di correzione del fattore di potenza (PFC) e distorsione armonicaA causa della dipendenza da frequenze di commutazione più elevate in questa fase per ridurre al minimo le dimensioni degli induttori e dei filtri, le perdite di commutazione svolgono un ruolo importante nell'efficienza complessiva.
La serie LSIC1MO120E SiC MOSFET di Littelfuse è stata ottimizzata per queste applicazioni ad alta frequenza.rendendoli altamente adatti per i convertitori di potenziamento PFC nelle stazioni di ricarica rapida in CC e in altri sistemi connessi alla rete.
Ad esempio, la corrente nominale continua di scarico (II) di LSIC1MO120E0080 (Figura 2) a +25 °C è di 39 A, R (DSON) è di 80 m Ω (valore tipico) e l'energia di commutazione per ciclo è di 252 μ J.L'intervallo di temperatura di giunzione esteso è da -55 ° C a +175 ° C, che fornisce un margine di progettazione aggiuntivo per gli impianti all'aperto con grandi condizioni ambientali.