第二代碳化硅MOSFET在DAB，CLLLC應用中的優勢

 

OBC(on-board Charger) 作為汽車充電的重要部件 一般分為 PFC 和 DC-DC兩個部分。PFC將輸入交流電壓整流成直流電壓，再通過DC-DC對電池進行充電。

 

新型的OBC支持V2G，V2V等功能，要求功率的雙向傳輸。同時，OBC的輸出功率要求逐漸由3.3kW,6.6kW提高到11kW，22kW。新的這些需求也帶來對拓撲新的要求，傳統的LLC拓撲很明顯已經不能適應這些需求。常用的雙向隔離DC- DC變換拓撲主要有雙向諧振變換器（CLLLC）和雙向有源全橋（Dual Active Bridge, DAB）。DAB電路通常只能在較窄功率范圍內實現兩邊開關管的零電壓軟開關（Zero Voltage Switching, ZVS），且控制相對較復雜。CLLLC電路由于自身諧振網絡的對稱結構、良好的軟開關特性，其對稱的電路結構不僅能保證雙向運行的一致性，正反向運行時均能在更寬的電壓范圍和功率變換范圍內實現零電壓導通和零電流關斷。此外，由于CLLLC諧振電流是正弦，其關斷損耗比電流為梯形的DAB更小，所以在工業中被廣泛使用。

 

CLLC拓撲在LLC拓撲的基礎上，副邊增加了一個電容，使功率可以雙向傳輸。而CLLLC拓撲的副邊在CLLC的基礎上增加了一個電感，使電路結構對稱。

CLLLC優點：

1.高效（高于98%的峰值效率）

2.設計良好時全范圍軟開關

3.控制相對簡單（調頻，burst）

4.二次側輸出EMI小

缺點（大功率）：

1.更多的器件（電容）（需要通過大電流）

2.調頻范圍寬，變壓器功率密度相對低，高頻時效率下降（需按照最低開關頻率設計）

 

DAB拓撲在大功率場合應用較多，尤其是三相DAB可以顯著減少輸出電壓的紋波，減小輸出濾波電容的體積。

DAB優點：

1.結構簡單（諧振電感集成在變壓器中）

2.元器件少（無需多余的諧振電容）

3.三相結構成熟度高（輸出電容小），每相電流RMS值小

4.頻率固定，對變壓器設計有利

5.分支拓撲多，可擴展性強

 

缺點：

1.由于沒有諧振腔，電流呈單調線性變化，因此關斷電流大，關斷損耗大（通過合適的調制方式和SiC MOSFET器件可以部分解決）

2.電壓不匹配時，無功電流大，輕載時軟開關受限（可通過設計和調制方式解決，但會增加控制的復雜度）

3.效率低（相對CLLC低0.5%左右）

 

在中小功率條件下，LLC/CLLC/CLLLC拓撲由于其優秀的效率和功率密度而成為最優的方案之一。諧振電容的成本和體積在10-20kW功率級別時，并不算大，所以不會顯著影響OBC的價格和功率密度。

但是在大功率場合，CLLC濾波電容和諧振電容的成本越發重要。而三相DAB結構簡單，不調頻，每相電流小，魯棒性好，可能更加適合大功率DC-DC的設計。

 

CLLC/CLLLC，DAB等實現ZVS主要和功率MOSFET的Coss、關斷速度和體二極管壓降等參數有關。Coss決定所需諧振電感儲能的大小，值越大越難實現ZVS；更快的關斷速度可以減少對儲能電感能量的消耗，影響體二極管的續流維持時間或者開關兩端電壓能達到的最低值；因為續流期間的主要損耗為體二極管的導通損耗。B2M跟競品比，B2M第二代碳化硅MOSFET的Coss更小（115pF），需要的死區時間初始電流小；B2M第二代碳化硅MOSFET抗側向電流觸發寄生BJT的能力更強。B2M第二代碳化硅MOSFET的體二極管的Vf和trr比競品優勢明顯。綜合來看，相對競品，在CLLC/CLLLC，DAB電源拓撲應用中B2M第二代碳化硅MOSFET表現會更好.

 

B2M040120Z國產替代英飛凌IMZA120R040M1H，安森美NTH4L040N120M3S以及C3M0040120K，意法SCT040W120G3-4AG。

B2M020120Z國產替代英飛凌IMZA120R020M1H，安森美NTH4L022N120M3S，意法SCT015W120G3-4AG，C3M0021120K。

 

BASiC基本半導體第二代碳化硅MOSFET具有優秀的高頻、高壓、高溫性能，是目前電力電子領域最受關注的寬禁帶功率半導體器件。在電力電子系統中應用碳化硅MOSFET器件替代傳統硅IGBT器件，可提高功率回路開關頻率，提升系統效率及功率密度，降低系統綜合成本。  

 

BASiC基本半導體第二代碳化硅MOSFET亮點

更低比導通電阻：BASiC第二代碳化硅MOSFET通過綜合優化芯片設計方案，比導通電阻降低約40%，產品性能顯著提升。

 

更低器件開關損耗：BASiC第二代碳化硅MOSFET器件Qg降低了約60%，開關損耗降低了約30%。反向傳輸電容Crss降低，提高器件的抗干擾能力，降低器件在串擾行為下誤導通的風險。

 

更高可靠性：BASiC第二代碳化硅MOSFET通過更高標準的HTGB、HTRB和H3TRB可靠性考核，產品可靠性表現出色。

 

更高工作結溫：BASiC第二代碳化硅MOSFET工作結溫達到175°C，提高器件高溫工作能力。