【应用】SiC MOS SCT3040KR+SiC二极管LSIC2SD120C10助力氢燃料电池DC-DC高效小型化设计

时间： 2020-06-25 来源：世强

技术问答

与传统汽车一样，燃料电池汽车也必须具有很强的机动性，以便对不同的路况及时做出相应的反应。为满足机动性的要求，需要燃料电池后端有强劲输出能力。若以燃料电池作为电源直接驱动，会表现为输出特性偏软、输出电压较低，在燃料电池与汽车驱动之间加入DC/DC，两者共同组成电源对外供电，从而转换成稳定、可控的直流电源，所以一个高性能的DC/DC对燃料电池汽车显得尤为重要。

图1 氢燃料电池DC-DC在燃料电池汽车系统中的地位

目前对于燃料电池DC/DC研发存在的几大难点：

一是主电路拓扑的选择，针对不同的电堆就会有不同的选择，这方面存在一定的技术难度；二是控制，针对不同的拓扑，对应的控制也不一样；三是结构设计和热设计方面，在满足客户水阻和压损的条件下，需要最大限度地提高DC/DC散热功率，这要求在有限的体积下，提高功率密度。

按照输入电压条件，非隔离DC-DC采用BOOST拓扑，针对上述设计难点，推荐使用ROHM的SiC MOSFET SCT3040KR+力特的SiC二极管 LSIC2SD120C10 BOOST方案。

上述方案主要的优势在于以下几点：

（1）碳化硅产品带来的高频化，必然会提升DC-DC 产品的转换效率，从而提高功率密度。

ROHM SCT3040KR这款1200V/40mΩ的SiC MOS具有超低的Rdson，支持高频设计。目前行业内SiC MOS应用开关频率可以提高至80-100kHz，大幅度提高开关频率可以有效减小BOOST电感体积提高功率密度。SiC二极管采用LITTELFUSE的LSIC2SD120C10，多颗并联使用可以减少温升压力，同时贴片封装使得产品设计更加小型化，进一步提高功率密度；

（2）碳化硅高频化带来更高的dv/dt以及EMI问题，ROHM SCT3040KR采用四引脚TO-247-4L封装，利用Kelvin连接的信号源端子进行栅极驱动，可以降低封装内电源线电感的影响，减少寄生参数对于驱动EMI以及dv/dt影响，从而进一步提高MOSFET芯片的高速开关性能。尤其是可以显著改善导通损耗。与以往产品相比，导通损耗和关断损耗合起来预计可降低约35%的损耗。

（3）Littelfuse LSIC2SD120C10采用MBS结构，PN结区既可以提高反向阻断，也能注入少数载流子到漂移区以减少串联电阻从而降低器件的正向压降。同时MPS结构可以增强二极管抗浪涌能力，在BOOST应用中，二极管的抗浪涌能力可以应对系统的输入较强电流冲击，大幅提高系统稳定性。

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