國產(chǎn)基本™（BASiC Semiconductor）SiC碳化硅MOSFET在三相熱泵商用空調(diào)壓縮機驅(qū)動中的應用-傾佳電子（Changer Tech）專業(yè)分銷

 

適用于三相熱泵商用空調(diào)壓縮機驅(qū)動的國產(chǎn)基本™（BASiC Semiconductor）碳化硅MOSFET模塊-傾佳電子（Changer Tech）專業(yè)分銷

 

傾佳電子（Changer Tech）致力于基本公司國產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET在電力電子應用中全面取代IGBT，全力推動基本公司國產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET加速革掉IGBT的命！Changer Tech is making every effort to promote the domestic BASiC silicon carbide (SiC) MOSFET to accelerate the replacement of IGBT!

 

對于通用應用，SiC 功率器件可以替代 Si IGBT，從而將開關損耗降低高達 70% 至 80%，具體取決于轉(zhuǎn)換器和電壓和電流水平。IGBT 相關的較高損耗可能成為一個重要的考慮因素。熱管理會增加使用 IGBT 的成本，而其較慢的開關速度會增加電容器和電感器等無源元件的成本。從整體系統(tǒng)成本來看SiC MOSFET加速替代IGBT已經(jīng)成為各類新的電力電子設計中的主流趨勢。SiC MOSFET 更耐熱失控。碳化硅導熱性更強，可實現(xiàn)更好的設備級散熱和穩(wěn)定的工作溫度。

 

Si IGBT 的一個顯著缺點是它們極易受到熱失控的影響。當器件溫度不受控制地升高時，就會發(fā)生熱失控，導致器件發(fā)生故障并最終失效。在高電流、高電壓和高工作條件很常見的電機驅(qū)動應用中，例如電動汽車或制造業(yè)，熱失控可能是一個重大的設計風險。SiC MOSFET 更適合溫度較高的環(huán)境條件空間，例如汽車和工業(yè)應用。此外，鑒于其導熱性，SiC MOSFET 可以消除對額外冷卻系統(tǒng)的需求，從而有可能減小整體系統(tǒng)尺寸并降低系統(tǒng)成本。由于 SiC MOSFET 的工作開關頻率比 Si IGBT 高得多，因此它們非常適合需要精確電機控制的應用。高開關頻率在自動化制造中至關重要，其中高精度伺服電機用于工具臂控制、精密焊接和精確物體放置。

 

SiC 功率器件的卓越材料特性使這些器件能夠以更快的開關速度、更低的開關損耗和更薄的有源區(qū)運行，從而實現(xiàn)效率更高、開關頻率更高、更節(jié)省空間的設計。因此，SiC MOSFET 正成為電源轉(zhuǎn)換應用中優(yōu)于傳統(tǒng)硅（IGBT,MOSFET）的首選。

 

 

IGBT芯片技術不斷發(fā)展，但是從一代芯片到下一代芯片獲得的改進幅度越來越小。這表明IGBT每一代新芯片都越來越接近材料本身的物理極限。SiC MOSFET寬禁帶半導體提供了實現(xiàn)半導體總功率損耗的顯著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低開關損耗，從而提高開關頻率。進一步的，可以優(yōu)化濾波器組件，相應的損耗會下降，從而全面減少系統(tǒng)損耗。通過采用低電感SiC MOSFET功率模塊，與同樣封裝的Si IGBT模塊相比，功率損耗可以降低約70%左右，可以將開關頻率提5倍（實現(xiàn)顯著的濾波器優(yōu)化），同時保持最高結(jié)溫低于最大規(guī)定值。

 

為了保持電力電子系統(tǒng)競爭優(yōu)勢，同時也為了使最終用戶獲得經(jīng)濟效益，一定程度的效率和緊湊性成為每一種電力電子應用功率轉(zhuǎn)換應用的優(yōu)勢所在。隨著IGBT技術到達發(fā)展瓶頸，加上SiC MOSFET絕對成本持續(xù)下降，使用SiC MOSFET替代升級IGBT已經(jīng)成為各類型電力電子應用的主流趨勢。

 

IGBT芯片技術不斷發(fā)展，但是從一代芯片到下一代芯片獲得的改進幅度越來越小。這表明IGBT每一代新芯片都越來越接近材料本身的物理極限。SiC MOSFET寬禁帶半導體提供了實現(xiàn)半導體總功率損耗的顯著降低的可能性。使用SiC MOSFET可以降低開關損耗，從而提高開關頻率。進一步的，可以優(yōu)化濾波器組件，相應的損耗會下降，從而全面減少系統(tǒng)損耗。通過采用低電感SiC MOSFET功率模塊，與同樣封裝的Si IGBT模塊相比，功率損耗可以降低約70%左右，可以將開關頻率提5倍（實現(xiàn)顯著的濾波器優(yōu)化），同時保持最高結(jié)溫低于最大規(guī)定值。

 

未來隨著設備和工藝能力的推進，更小的元胞尺寸、更低的比導通電阻、更低的開關損耗、更好的柵氧保護是SiC碳化硅MOSFET技術的主要發(fā)展方向，體現(xiàn)在應用端上則是更好的性能和更高的可靠性。

為此，BASiC™基本公司研發(fā)推出更高性能的第三代碳化硅MOSFET，該系列產(chǎn)品進一步優(yōu)化鈍化層，提升可靠性，相比上一代產(chǎn)品擁有更低比導通電阻、器件開關損耗，以及更高可靠性等優(yōu)越性能，可助力光伏儲能、新能源汽車、直流快充、工業(yè)電源、通信電源、伺服驅(qū)動、APF/SVG、熱泵驅(qū)動、工業(yè)變頻器、逆變焊機、四象限工業(yè)變頻器等行業(yè)實現(xiàn)更為出色的能源效率和應用可靠性。

 

為滿足光伏儲能領域高電壓、大功率的應用需求，BASiC™基本公司基于第二代SiC MOSFET技術平臺開發(fā)推出了2000V 24mΩ、1700V 600mΩ高壓系列碳化硅MOSFET，產(chǎn)品具有低導通電阻、低導通損耗、低開關損耗、支持更高開關頻率運行等特點。

針對新能源汽車的應用需求，BASiC™基本公司研發(fā)推出符合AEC-Q101認證和PPAP要求的1200V 80mΩ和40mΩ 的碳化硅MOSFET，可主要應用在車載充電機及汽車空調(diào)壓縮機驅(qū)動中。

B3M040120Z是BASiC™基本公司基于第三代碳化硅MOSFET技術平臺開發(fā)的最新產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品進一步優(yōu)化鈍化層，提升可靠性，相對于上一代產(chǎn)品在比導通電阻、開關損耗以及可靠性方面有更進一步提升。

BMF240R12E2G3是BASiC™基本公司基于PcoreTM2 E2B封裝的1200V 5.5mΩ工業(yè)級全碳化硅半橋功率模塊，產(chǎn)品采用集成的NTC溫度傳感器、Press-Fit壓接技術以及高封裝可靠性的氮化硅AMB陶瓷基板，在導通電阻、開關損耗、抗誤導通、抗雙極性退化等方面表現(xiàn)出色。

B2M040120T和B2M080120T是BASiC™基本公司基于第二代碳化硅MOSFET技術開發(fā)的頂部散熱內(nèi)絕緣的塑封半橋模塊，主要應用于OBC、空調(diào)壓縮機和工業(yè)電源中。

BASiC™基本公司推出可支持米勒鉗位的雙通道隔離驅(qū)動芯片BTD25350系列，此驅(qū)動芯片專為碳化硅MOSFET門極驅(qū)動設計，可高效可靠抑制碳化硅MOSFET的誤開通，還可用于驅(qū)動MOSFET、IGBT等功率器件。

 

 

為了保持電力電子系統(tǒng)競爭優(yōu)勢，同時也為了使最終用戶獲得經(jīng)濟效益，一定程度的效率和緊湊性成為每一種電力電子應用功率轉(zhuǎn)換應用的優(yōu)勢所在。隨著IGBT技術到達發(fā)展瓶頸，加上SiC MOSFET絕對成本持續(xù)下降，使用SiC MOSFET替代升級IGBT已經(jīng)成為各類型電力電子應用的主流趨勢。

 

傾佳電子（Changer Tech）致力于國產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET功率器件在電力電子市場的推廣！Changer Tech-Authorized Distributor of BASiC Semiconductor which committed to the promotion of BASiC™ silicon carbide (SiC) MOSFET power devices in the power electronics market!

 

 

熱泵（英語：heat pump）是將熱量從較低溫下的物質(zhì)或空間傳遞到更高溫度下的另一種物質(zhì)或空間的裝置，也就是使熱能沿自發(fā)熱傳遞的相反方向移動。熱泵為完成將能量從熱源傳遞到散熱器這一非自發(fā)過程，須要來自外部的能量。常見的應用是暖氣、冷氣和冷凍機。但術語“熱泵”更為籠統(tǒng)，適用于用于空間加熱或空間冷卻的許多暖通空調(diào)設備。

 

熱泵最常見的設計包括四個主要部件–冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器和壓縮機。循環(huán)通過這些組件的傳熱介質(zhì)稱為制冷劑。

熱泵利用低沸點液體經(jīng)過節(jié)流閥減壓之后蒸發(fā)時，從較低溫處吸熱，然后經(jīng)壓縮機將蒸汽壓縮，使溫度升高，在經(jīng)過冷凝器時放出吸收的熱量而液化后，再回到節(jié)流閥處。如此循環(huán)工作能不斷地把熱量從溫度較低的地方轉(zhuǎn)移給溫度較高（需要熱量）的地方。

 

熱泵比簡單的電阻加熱器具有更高的能源效率。

 

熱泵按照交流輸入電源可以分為單相熱泵和三相熱泵，其輸出電功率可覆蓋3 kW到幾十千瓦。熱泵的室外機，主要由三部分構成，包含PFC、壓縮機逆變器和風機逆變器。無論是單相熱泵，還是三相熱泵，都包含了PFC這一功率環(huán)節(jié)。對于用電設備產(chǎn)生的諧波電流，全球各國以及地區(qū)都制定了明確的法規(guī)，熱泵產(chǎn)品只有滿足了諧波電流法規(guī)要求，才能在所在國家和地區(qū)進行銷售，PFC也就是功率因素校正， 則可以有效改善用電設備的輸入諧波電流并提高其功率因素。

 

根據(jù)用電設備的輸入相電流大小，可以把用電設備分為兩大類，適用不同的法規(guī)進行諧波電流的市場準入管理。如圖3，以輸入相電流有效值等于16A為界，當用電設備的輸入相電流有效值小于或者等于16A時，適用IEC 61000-3-2，對應的國標就是GB17625.1，這也是廣大工程師最熟悉的；當用電設備的輸入相電流有效值大于16A時，則適用IEC61000-3-12。這兩個主要的諧波電流法規(guī)最近有更新 ， 但內(nèi)容主體 基本不變 。 最 新 的 IEC61000-3-2:熱泵的結(jié)構以及諧波電流法規(guī)2:2019+A1-2021，將于2024年4月9日起執(zhí)行；國標GB17625.1-2022，將于2024年7月1日起執(zhí)行。

 

對于輸入相電流有效值小于或者等于16A的三相熱泵產(chǎn)品，目前市場上被動式PFC和主動式APFC的方案并存，被動式PFC方案，可以選用25A的PIM模塊，在整流橋之前加入三相交流電抗器，這種方式簡單易操作，當然，缺點也很明顯，為了滿足諧波電流限值的要求，在單個交流電抗器上的壓降可達到輸入相電壓的2%-4%，所以，交流電抗器感值大，效率低，個頭重，不能安裝在PCB板上，只能安裝到機殼內(nèi)壁，然后通過導線連接到PCB板上，導致生產(chǎn)線裝配成本也上去了。

只有提高開關頻率，才能有效減小磁性器件的體積，所以既能滿足諧波電流法規(guī)，又高效，還能把電感或者電抗器安裝到PCB板上的有源PFC方案就成了最優(yōu)選擇， 當輸入相電流有效值小于等于16A時（模塊方案），三相橋的碳化硅MOSFET功率模塊的APFC方案，均可滿足諧波電流限值和板載PFC電感的要求。

 

對于熱泵應用中的輸入諧波電流，被動式PFC的優(yōu)點是簡單易操作，缺點也很明顯，更換輸入電壓或者功率后，電抗器就得重新去試湊匹配；主動式APFC則沒有這個煩惱，主要的難度在于軟件控制算法層面 。 隨著諧波電流法規(guī)的趨嚴以及終端客戶的更高要求 ， 采用三相碳化硅MOSFET功率器件解決方案的主動式APFC是一個必然趨勢。

 

負載例如熱泵系統(tǒng)可以是無功負載，也就是，該負載可具有凈無功分量，該凈無功分量不是運行負載所必須的有功功率的一部分。由供電設施所提供的功率可以是實際提供的電流和實際提供的電壓的乘積，或伏安。由負載所消耗的測量功率可以是等于有功功率的瓦特計測量值。功率因數(shù)可以通過有功功率除以伏安功率得到。

壓縮機的功率因數(shù)可部分地取決于壓縮機的驅(qū)動系統(tǒng)的類型。例如，由感應馬達驅(qū)動的固定速度壓縮機可具有0.95的功率因數(shù)。由變頻器驅(qū)動的可變速壓縮機可具有0.6的功率因數(shù)。功率因數(shù)問題可由功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)解決，該PFC系統(tǒng)可以是被動的或主動的。被動PFC系統(tǒng)的示例可以是用于補償電感負載的電容器組。主動PFC系統(tǒng)的示例可以是改變載荷的無功分量以實現(xiàn)無功負載的更準確的匹配的系統(tǒng)。

壓縮機系統(tǒng)的額定功耗可部分地通過在熱泵系統(tǒng)的低負載條件下以瓦特為單位測量功率來確定。因此，熱泵系統(tǒng)的額定功耗可基于功率因數(shù)校正對從供電設施獲取的電流影響很小的條件。