【经验】采用碳化硅MOSFET C2M0040120D 设计150A/20V电解电源模块，替代原IGBT方案

时间： 2019-10-26 来源：世强

SiC MOSFET,C2M0040120D,IXDR30N120D1,SI8261BCD-C-IS

电解海水或者盐水制氯，被广泛应用于生活污水处理，石油化工行业工业污水处理，火电厂核电站的冷却循环水处理，轮船压载水处理及海水养殖海水净化等领域。电解海水或者盐水制氯原理是海水或者盐水通过电化学反应产生次氯酸钠溶液，次氯酸钠溶液具有较强的消毒杀菌灭藻的能力。电解海水或者盐水制氯需要用到大功率直流电源，通常以低压大电流输出电源为主，电压不超过100V，电流从几百安到几万安。

本公司根据市场需要，开发了一款专门用于电解海水或者盐水制氯的直流电源，根据用户的需要输出电压电流可以进行不同的配置，输入电源：AC380V三相三线，输出电压范围：20～100V，输出电流范围：150～750A，能够实现恒压恒流输出，输出电压电流均可从零至额定值范围内调整，具备数码显示，按键操作，远程通信的功能。电源整体采用标准电源模块串并联组合的方式，标准电源模块为输出150A20V的AC/DC电源模块。

输出150A20V的AC/DC标准电源模块原有方案是，采用半桥硬开关拓扑结构，开关管选用IXYS的IXDR30N120D1，此结构电路简单，运行稳定，满载输出效率能够达到85%。主电路原理图如图1所示，端子X1和X8分别连接直流母线的正负极，X3和X7连接变压器初级线圈，变压器次级输出采用肖特基二极管全波整流。

图1 IGBT半桥电路原理图

出于提升效率和缩小体积的考虑，本人决定采用SiC MOSFET替换原IGBT重新设计此电源模块。整体方案仍然采用半桥硬开关拓扑结构，用一个WOLFSPEED 的SiC MOSFET C2M0040120D替换原双管IGBT IXDR30N120D1的并联，原有IGBT驱动电路需要重新设计，将开关频率从35KHz提高到70KHz，变压器磁芯和线圈材料用量都减小一半。C2M0040120D与IXDR30N120D1具有相同封装，原有的安装及散热组件仍可以使用。C2M0040120D与IXDR30N120D1两者实物如图2所示。单管C2M0040120D的驱动电路原理图如图3所示。半桥上下两管采用全隔离驱动，上下管驱动电路完全相同，保证上下桥电路一致性。PWM控制芯片输出PWM信号到IN+，经隔离芯片SI8261BCD-C-IS，再到门极驱动芯片IXDN609SI，经V1G和V1S连接到SiC MOSFET的栅极和源极。直流12V供电，经隔离DC/DC模块RP12P22005D，隔离输出两路20V和-5V，作为驱动电源。

图2 C2M0040120D与IXDR30N120D1实物对比图

图3 单管C2M0040120D的驱动电路原理图

经实验测试，采用SiC MOSFET的电源模块，满载150A20V输出时，效率达到93%，相比IGBT模块85%的效率，提升了8个百分点。成本上，开关管和驱动部分成本有所增加，但是变压器、输出电感、半桥输入电容、输出电容、散热型材、散热风扇及整体外壳成本有所下降，整体成本基本维持不变。体积上，变压器体积减小一半，电路板尺寸基本不变，散热型材体积减小一半，散热风扇由1个Ø120变为2个Ø40，模块整体体积大约减小了1/3。

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全部评论（1）

maomao Lv8. 研究员 2019-10-26

学习了~~~

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