【应用】效率达98.1%！SiC MOS管让LLC系统更稳定

时间： 2017-04-11 来源：世强作者：zyliuliu

【摘要】SiC MOS管实现了高耐压、宽禁带、低损耗的性能，降低系统的复杂度并显著提高了整机效率。其中，SiC MOS管C2M0080120D耐压可达1200V，具有很低的开关损耗。其应用于充电桩LLC变换电路中时，降低了系统成本，提高产品的稳定性，整机效率高达98.1%。

作为战略性新兴的产业，电动汽车得到了迅速的发展，充电桩和车载充电机作为其配套设施，也成为了电力电子行业的新热点。

通常情况下，充电桩的电源模块功率为15kW，其输入为三相380V交流电，经过PFC升压后，其母线电压高达600~800V。如此高的直流母线电压给后级的DC/DC变换器设计带来了极大的挑战。

首先是器件的选择。800V的母线电压，要求DC/DC的MOSFET的额定电压至少需要1000V，受限于Si材料的特点和生产工艺，超过1000V的Si MOS管非常少。

其次是高压下的开关损耗很大，使得我们必须选择软开关的电路拓扑。LLC变换器可以在全负载范围内实现ZVS，使得在高压输入时高开关频率成为可能。

在SiC MOS管应用之前，为满足上述两点要求，通常采用的方案是三电平LLC电路，在一个桥臂使用四个600V的MOSFET串联，来解决高母线电压带来的MOS管应力问题。其拓扑电路图如图1所示。

图1：三电平LLC变换拓扑电路图

三电平LLC变换器使用低压MOS管应用在高直流母线电路，并实现了软开关功能。但是，三电平LLC变换同时存在一些无法克服的缺点：

1）每个桥臂需要4个MOSFET以及各自的驱动，增加了系统的复杂度和控制难度；

2）每个桥臂需要各自的钳位二极管，增加了系统成本和整机功耗。

针对以上缺点，WOLFSPEED推出了新型SiC材料MOS管，实现了高耐压、宽禁带、低损耗的性能，降低系统的复杂度并显著提高了整机效率。图2是使用Wolfspeed的SiC MOS管C2M0080120D，实现两电平LLC变换拓扑图。

图2：SiC MOS管实现两电平LLC变换拓扑图

由图2与图1的对比可以看出：

1）采用SiC MOS管C2M0080120D耐压可以轻松做到1200V的额定电压，取代两个串联的600V Si MOS。其直接应用在800V的直流母线系统中，使用两电平拓扑代替复杂的三电平拓扑，降低了系统的复杂度，使控制算法更加简单，缩短了充电桩企业的研发周期，提高了产品的稳定性。

2）C2M0080120D的栅极电荷非常小，充放电速度很快，具有很低的开关损耗。所以，其可以显著提高MOS管的开关频率，从而降低电容、电感以及变压器等无源器件的体积和用量。同时，使用SiC MOS管C2M0080120D会降低整机的成本，提高充电桩的能量密度。

表1所示为SiC两电平拓扑方案与Si三电平拓扑方案的系统损耗对比表格。从表格中可以发现，SiC MOS管由于存在寄生电容，开关速度以及反向恢复电流都比较小。因此，同样开关频率下，开关损耗更小，整机效率也高达98.1%。

表1：SiC两电平拓扑与Si三电平拓扑的系统损耗对比

C2M0080120D的主要性能特点：

• 耐压高达1200V

• 导通阻抗低至80mΩ

• 开关频率可达400kHz

• 驱动简单且容易并联使用

• 符合RoHS标准

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全部评论（3）

EV Lv6. 高级专家 2018-11-21

东西不错，价格高
吊个天 Lv7. 资深专家 2018-10-22

出来了实物了？？？98.1%%%？？？？
辛巴 Lv8. 研究员 2018-04-14

学习了

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