Блог компании Поставка силовых SiC-устройств Mitsubishi: SiC DIPIPM, SiC силовой модуль, SiC-MOSFET

Поставка силовых SiC-устройств Mitsubishi: SiC DIPIPM, SiC силовые модули, SiC-MOSFET

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd., как профессиональный дистрибьютор электронных компонентов, использует многолетний опыт работы в отрасли и стабильную цепочку поставок для предоставления решений по электронным компонентам для рынка, включая чипы 5G, микросхемы для новой энергетики, микросхемы IoT, микросхемы Bluetooth, микросхемы для автомобильных сетей, автомобильные микросхемы, микросхемы связи, микросхемы искусственного интеллекта, микросхемы памяти, микросхемы датчиков, микроконтроллеры, приемопередатчики, Ethernet-микросхемы, WiFi-чипы, модули беспроводной связи, разъемы и другие продукты. Компания всегда придерживается принципа «обслуживать клиентов и приносить им пользу», предоставляя клиентам высококачественные и разнообразные электронные компоненты.

Серия силовых SiC-устройств Mitsubishi охватывает всю линейку продуктов от дискретных устройств до интеллектуальных модулей, в основном состоящую из трех основных категорий:

SiC DIPIPM (Dual In-Line Package Intelligent Power Module): компактное решение, объединяющее схемы управления и функции защиты

SiC силовые модули: включая модули на основе SiC и гибридные SiC-модули, подходящие для применений средней и высокой мощности

SiC-MOSFET: дискретное устройство, предлагающее гибкость проектирования и преимущества высокочастотной работы

Эти продукты используют уникальные физические свойства материала SiC, такие как высокая прочность электрического поля, высокая теплопроводность и высокая скорость дрейфа насыщения электронов, чтобы продемонстрировать значительные преимущества в таких областях, как выработка электроэнергии из возобновляемых источников, приводы для электромобилей, промышленные приводы с переменной частотой и интеллектуальные сети. По сравнению с традиционными кремниевыми устройствами, силовые SiC-устройства Mitsubishi могут снизить энергопотребление системы более чем на 30%, значительно повысить плотность мощности, одновременно уменьшив размер и вес системы.

Особенности интеллектуальных силовых модулей Mitsubishi SiC DIPIPM

SiC DIPIPM от Mitsubishi представляют собой передовое направление развития технологии интеллектуальных силовых модулей. Эти модули объединяют SiC MOSFET или SiC SBD (диоды Шоттки) со схемами управления и функциями защиты в компактном корпусе с двумя рядами выводов, предоставляя разработчикам систем решение plug-and-play с высокой эффективностью. По сравнению с традиционными IPM (Intelligent Power Modules), SiC DIPIPM в полной мере используют преимущества производительности карбида кремния, сохраняя при этом преимущества простоты проектирования и высокой надежности, что делает их особенно подходящими для применений с ограниченным пространством, но строгими требованиями к производительности.

Технические особенности SiC DIPIPM

Модули SiC DIPIPM от Mitsubishi включают в себя несколько инновационных технологий, основными особенностями которых являются:

Высокоэффективная конструкция: используя SiC MOSFET в качестве коммутационных устройств, SiC DIPIPM значительно снижает сопротивление включения и потери при переключении по сравнению с традиционными кремниевыми IGBT. Данные испытаний показывают, что при идентичных условиях эксплуатации общие потери SiC DIPIPM могут быть снижены более чем на 40% по сравнению с кремниевыми IPM, что приводит к улучшению общей эффективности системы на 2–5 процентных пункта.

Возможность работы на высоких частотах: характеристики материала SiC позволяют DIPIPM работать на более высоких частотах переключения (до 100 кГц и выше), не вызывая чрезмерных потерь при переключении, как кремниевые устройства. Эта функция позволяет прикладным системам использовать меньшие пассивные компоненты (такие как индукторы и конденсаторы), тем самым уменьшая размер и вес системы.

Встроенные функции защиты: модуль включает в себя несколько защитных цепей, включая блокировку при пониженном напряжении (UVLO), защиту от перегрузки по току (OCP), защиту от перегрева (OTP) и защиту от короткого замыкания (SCP). Эти функции защиты реализованы через специальную микросхему управления со временем отклика до микросекунд, эффективно предотвращая повреждение силовых устройств из-за нештатных условий.

Упрощенное управление тепловым режимом: благодаря возможности работы SiC-устройств при высоких температурах (максимальная температура перехода до 200°C) и низким потерям, DIPIPM имеет относительно мягкие требования к системам отвода тепла. Во многих приложениях простые алюминиевые радиаторы или даже теплоотвод из медной фольги на печатной плате могут соответствовать требованиям, значительно снижая сложность и стоимость теплового проектирования системы.

Компактная упаковка: использование стандартного форм-фактора DIP (двухрядный корпус) с оптимизированным расстоянием между выводами и расположением облегчает проектирование компоновки печатной платы. Типичный размер корпуса составляет всего от одной трети до половины размера традиционных IPM, что делает его особенно подходящим для встроенных приложений с ограниченным пространством.

Сравнение и анализ силовых модулей Mitsubishi на основе SiC и гибридных SiC силовых модулей

Как лидер в области силовых полупроводников, Mitsubishi Electric предлагает две основные серии продуктов: силовые модули SiC и гибридные SiC силовые модули, удовлетворяющие сбалансированным требованиям к производительности и стоимости в различных сценариях применения. Хотя эти два типа модулей имеют похожие названия, они демонстрируют значительные различия в технической архитектуре, характеристиках производительности и позиционировании в приложениях. Тщательное понимание этих различий имеет решающее значение для инженеров, чтобы сделать правильный выбор и оптимизировать конструкцию системы.

Технические преимущества силовых модулей на основе SiC

Силовые модули Mitsubishi на основе SiC производятся с использованием чистого карбида кремния, при этом все коммутационные устройства и диоды в модуле являются полупроводниками на основе SiC, в основном включающими SiC MOSFET и SiC SBD (диоды Шоттки). Эта архитектура «все-SiC» предлагает несколько преимуществ в производительности:

Сверхнизкие потери при переключении: SiC MOSFET имеют чрезвычайно высокую скорость переключения, при этом потери энергии во время процессов включения и выключения составляют всего от 1/5 до 1/10 от потерь в кремниевых IGBT. Эта характеристика делает модули на основе SiC особенно подходящими для высокочастотных коммутационных приложений, таких как каскад повышения DC-DC в солнечных инверторах.

Возможность работы при высоких температурах: характеристики широкой запрещенной зоны материала SiC (3,26 эВ) позволяют ему надежно работать при температурах перехода 200°C и выше, тогда как традиционные кремниевые устройства обычно ограничены температурами ниже 150°C. Эта функция упрощает конструкцию системы отвода тепла и увеличивает плотность мощности.

Высокое напряжение блокировки: высоковольтные силовые модули Mitsubishi HV-SiC могут достигать напряжения блокировки, превышающего 10 кВ, что делает их особенно подходящими для высоковольтных применений, таких как интеллектуальные сети, передача постоянного тока высокого напряжения (HVDC) и крупномасштабные промышленные приводы.

Преимущества на уровне системы: фактические данные приложений показывают, что системы, использующие модули на основе SiC, могут снизить энергопотребление более чем на 30% по сравнению с традиционными кремниевыми решениями на основе IGBT, одновременно значительно уменьшая размер и вес системы. Например, на станциях зарядки электромобилей модули на основе SiC могут повысить эффективность зарядки на 2–3%, уменьшив при этом размер блока питания на 40%.

Баланс экономической эффективности гибридных SiC силовых модулей

Гибридные SiC силовые модули используют компромиссный технологический подход, сочетая диоды Шоттки SiC (SBD) с кремниевыми IGBT в одном модуле. Эта конструкция обеспечивает хороший баланс между улучшением производительности и контролем затрат:

Улучшение характеристик диодов: диоды обратного хода в модуле используют SiC SBD, полностью устраняя присущие кремниевым диодам проблемы обратного восстановления и снижая потери обратного восстановления более чем на 80%. Это улучшение значительно снижает шум переключения и потери при выключении диода.

Преимущество в стоимости: сохраняя кремниевые IGBT в качестве коммутационных устройств, стоимость гибридных SiC-модулей на 30–50% ниже, чем у решений на основе SiC, что делает их более доступными для приложений, чувствительных к цене.

Совместимость с существующими конструкциями: требования к управлению для гибридных SiC-модулей в основном такие же, как для стандартных IGBT, что позволяет инженерам повышать производительность системы без существенного изменения существующих схем управления, тем самым снижая сложность миграции конструкции.

Гибридные SiC силовые модули Mitsubishi особенно подходят для применений, требующих высокой надежности и постепенного улучшения производительности, таких как промышленные приводы двигателей, выработка электроэнергии от ветра и железнодорожный транспорт.

Характеристики дискретных устройств Mitsubishi SiC-MOSFET

Дискретные устройства Mitsubishi SiC-MOSFET предлагают большую гибкость и возможности настройки для проектирования систем силовой электроники. В отличие от интегрированных силовых модулей SiC, дискретные SiC-MOSFET позволяют инженерам свободно выбирать топологические структуры, конфигурации компоновки и решения для управления тепловым режимом, что делает их особенно подходящими для применений, требующих специальных конфигураций или тех, которые имеют крайнюю чувствительность к стоимости.

Основные параметры производительности и преимущества

Дискретные устройства Mitsubishi SiC-MOSFET демонстрируют несколько прорывных показателей производительности, открывая новые возможности для проектирования силовой электроники:

Низкое сопротивление включения: благодаря характеристикам высокого критического электрического поля пробоя материала SiC, SiC-MOSFET Mitsubishi достигают более низкого сопротивления включения (Rds(on)), чем кремниевые MOSFET при одинаковом номинальном напряжении. Например, устройства с номинальным напряжением 1200 В могут достигать сопротивления включения всего 40 мОм или ниже, что значительно снижает потери проводимости.

Сверхвысокая скорость переключения: время переключения SiC-MOSFET обычно составляет десятки наносекунд, что на порядок быстрее, чем у кремниевых IGBT. Эта характеристика не только снижает потери при переключении, но и позволяет системе работать на более высоких частотах, тем самым уменьшая размер пассивных компонентов.

Отличные характеристики встроенного диода: в отличие от кремниевых MOSFET, встроенный диод SiC-MOSFET имеет меньшее падение прямого напряжения и практически отсутствует заряд обратного восстановления, что позволяет исключить внешние диоды обратного хода в определенных приложениях и упростить конструкцию схемы.

Стабильность при высоких температурах: SiC-MOSFET Mitsubishi демонстрируют минимальные изменения в транспроводимости (gfs) и пороговом напряжении (Vth) при высоких температурах, обеспечивая стабильные характеристики переключения во всем диапазоне рабочих температур.