【应用】UnitedSiC的共源共栅器件助力英国深海电子的开关电源产品设计,提高PSU效率至96%

2020-01-05 UnitedSiC

深海电子(DSE)是一家英国设计公司,是制造发电机控制系统,电池充电器,自动转换开关控制器以及非公路车辆(OHV)和移动机械控制系统的市场领导者。在DSE电源部门内,当需要为电池充电应用开发具有功率因数校正(PFC)的新AC / DC开关电源(SMPS)时,这被视为寻找功率转换更为有效解决方案的机会。

图1:DSE 15 A电池充电器(DSE9473)


DSE电池充电器可提供宽输入电压(90 VAC至305 VAC),然后使用SMPS拓扑将其转换为DC输出。对效率的追求决定了所使用的设计和组件需要在高频下切换并以高可靠性承受操作条件。最初,对许多设计进行了评估,尽管它们能够在高频下切换,但它们在电气上存在噪声,并且需要大量散热,这在满足EMC规范并实现具有所需散热的紧凑设计时是一个潜在的问题。即使可以解决这些最初的原型设计问题,产品的最终效率仍约为94%,虽然很高,但不及DSE内控指标或其市场期望的水平。


正是基于这一点,设计团队决定扩大其设计范围,并与UnitedSiC一起评估其碳化硅(SiC)共源共栅器件,该器件将SiC JFET与常规MOSFET封装在一起。从设计的角度出发,认为它是传统MOSFET的直接替代品。但设计团队很快发现,共源共栅设备具有许多其他优点。


首先,由于它们的导通和关断速度,它们能够在高频下切换而不会造成与MOSFET相关的损耗,这意味着不需要散热器。它们的热性能也更好,并且从电气上讲,它们发出的噪音要少得多,因此符合EMC规范也更简单。


在开关效率中的关键参数是其输出电容(Coss),其远低于所评估的MOSFET的电容。因此,它们的变化率(dv / dt)可以更高,这对于MOSFET可能是一个限制。通常,使用MOSFET可以轻易超过dv / dt额定值,这意味着实际应用时必须使用栅极电阻来降低它的速度。


另一个关键参数是导通电阻或RDS(on)。所选器件的典型RDS(on)为34mΩ至45mΩ:在MOSFET中,该数字很容易达到80mΩ。此外,SiC的RDS(on)的温度系数也大大提高。测试表明,随着温度的升高,MOSFET的RDS(on)可能增加三倍,而SiC器件仅增加两倍左右。这比所考虑的氮化镓(GaN)器件更好。


实际上,该团队认为 GaN在多个方面大打折扣了:这仍然是一种相对昂贵的技术,但也许更重要的是,每种设备都以定制包装提供,这使得二次采购成为一个问题。 SiC器件的价格更具竞争力,并采用行业标准的封装,并且也越来越普遍。


通过采用SiC解决方案,DSE团队也能够减小所用无源元件的尺寸,从而为紧凑型设计进一步节省了空间。与所有这些好处一样重要,在相同的运行条件下,PSU的效率也提高了,达到96%。


新设计现已投入生产,DSE预计将大批量生产新的开关电源(SMPS),占据公司全球电池充电器市场很大的份额。


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  • 好运常伴吾 Lv7. 资深专家 2020-01-18
    学习了
  • 西安石头哥 Lv6. 高级专家 2020-01-10
    学习了,感谢提供这么好的产品
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