是德科技动态测试分析仪基础款PD1500A/升级款PD1550A,适用于电动汽车800V高压系统SiC器件测试

2023-03-25 是德科技KEYSIGHT公众号
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中国新能源汽车产销量分别达到705.8万辆和688.7万辆,同比增长96.9%和93.4%,市场占有率达25.6%,新能源汽车产销量已连续8年位居全球第一。如果是的话,您是否有家用充电桩呢?每天又花多长时间来充电呢?普通的慢充充电时间要持续6-8小时,这个时间对于有家用充电桩的车主也许可以接受,白天开车,晚上充电。但是对于随停随走的需求显然不能满足,因此快充技术应运而生。


“充电五分钟,通话两小时”这曾是某手机厂商的广告标语,而时代发展到现在,汽车领域也出现了“充电5分钟,续航200公里”这样的目标,这就是800V高压快充平台。当前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为230V-450V,取中间值400V,笼统称之为400V系统;而伴随着快充应用,整车高压电气系统电压范围达到550-930V,取中间值800V,可笼统称之为800V系统。

800V电子电器架构

我们需要明确快充的关键是提高整车充电功率,实现的方法无非是提高电压或者提高电流,但是加大充电电流需要更粗重的线束,这会增加汽车整体的重量,发热量也会更高,所以提高电压是更为可行的一个技术路线。


由于整车架构由400V提高到800V,当前的OBC、DC/DC及PDU等电源产品都需要从400V等级提升至符合800V电压平台的应用,SiC的优异特性得以施展。相比于IGBT,SiC小体积、高效率、高开关速率及耐高温的特点更适用于800V高压充电平台。


是德科技动态测试分析仪基础款PD1500A/升级款PD1550A,不仅可以对传统IGBT等功率器件进行测试,还适用于宽禁带半导体VDS/VCE高达1360 V,ID/IC 高达1000A,同时可表征650V、1.2 kV和1.7 kV额定电压的功率模块。

SiC具有更高的开关速率,更小的损耗,下面我们就从这两个方面来进行解释和对比:

1. 开关速率——tr tt

从简单理解的开关速率入手,我们只需要对器件进行开通和关断进行控制,观察它的开通和关断时间即可,时间长,速率低,时间短速率高。

*Notes:本次实验我们选用1200V,40A SiC MOSFET以及Si IGBT进行对比,要注意的是,在不同厂商与技术代别中SiC器件与Si器件某一特性的具体数值和相对比例,一定是有区别的,但SiC器件与Si器件对比结果的趋势是不变的。首先我们先来看一下IGBT的开关时间是多少,我们选取了某知名品牌IGBT的数据手册中的数据。

tr=30ns

tt=70ns

而同样条件下,我们测得的SiC MOSFET开关时间如下:

真实测试结果

可以从实验结果看出,SiC MOSFET开关时间tr=17.86ns,tt=18.73ns,二者都小于同等条件下Si IGBT的开关时间,足以证明SiC MOSFET确实开关速率更快这一特性。


2. 能量损耗——Eon Eoff

接下来我们再对比一下器件损耗,根据IGBT手册中的数据,器件开关损耗分别为:

Eon=2mJ

Eoff=2.2mJ

而根据仪器测试结果,SiC的开关损耗仅为Eon=0.201mJ,Eoff=0.205mJ,从测试结果对比可以看出,SiC的损耗确实远远小于Si IGBT。

真实测试结果

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型号- U8480,B2911B,N9321C-TG4,CXG X 系列,N8926A,34460A,N7040A,N5742A,N5766A,N9918B,N9918A,N6735B,N6977A,DSOX6MSO,V8486A,N6953A,N8480,85093D,3012G,N5743A,6800C 系列,3024G,L2050 X 系列,N1914B,N5767A,3000G,N1914A,P9240AUTC,B2900BL,N6976A,N6746B,N443XD,N6734B,N6952A,E5061B ENA 系列,N8948A,34470A,N7042A,N1913B,N1913A,N5744A,N1298B,E5061B ENA,N5768A,N1298C,N3300A,3000G 系列,N1298A,N9916B,N9916A,N8924A,N9928A,D2000AUTB,34939A,N6701C,N8949A,N8925A,N8937A,N7041A,3034G,N1912A,N9000B,N5745A,3022G,N5769A,N2819A,B2901BL,S404A,E36100B 系列,N6700C,N9917B,N9917A,N6736B,N6954A,CXA X,D6000PWRB,8491A,E36150,P9240AERC,N9320B,33509B,N7020A,N1911A,N5746A,N3302A,N2818A,EXR208A,34925A,34937A,82357B,P9240BDLC,U2802A,D6000AUTB,N5181B,8480D 系列,N2142A,N9321C,AC68GPBU,B2902B,3032G,4024A,N5747A,N3303A,U9424B SP4T,S204A,E36150A,8490G,ENA,U9422C SPDT,N6702C,B2901B,N6705C,U2060 X,D2000BDLB,N8928A,33519B,EL30000,N3304A,N5748A,D4000USBB,33600A 系列,34947A,34959A,6000 X 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系列,E3640A,DSOXBODE,AC6800B,N2874A,EDU33211A,RP7942A,6002A,BN9963B,E3600,S054A,1000 X,U7106N,E36313A,DAQM900A,L2060 X,U9422B SPDT,DSOX,U7106F,U7106E,N8756A,DSOX2MSO,J7204B,N8732A,E36150A 系列,N8950A,U3851A,EXR058A,RP7941A,AC6801B,10070D,P9384B,D4000AUTB,N2752A,EDU33210A,RP7953A,BN9962B,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,U2020 X,E36106B,53220A,N8757A,AC6900 系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 系列,10833F,10833G,10833A,10833B,4154A,D6000GENB,10833C,S104A,10833D,N6775A,EXR204A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,EL34143A,E36300 系列,DAQ973A,N7550,EDUX1052A,U8480 系列,N9923A,N2796A,N9935B,3000G X 系列,N9935A,N2893A,EDUX 系列,3052G,U2781A,N5771A,N7972A,EDUX1052G,E36100,PP001A,E3646A,DP0001A,6811C,4032A,EXR108A,E36100 系列,N6786A,N8737A,D4000BDLB,N6774A,N6762A,N8943A,10834A,E5063A,N8955A,8494G,N8931A,E3634A,N2783B,N2795A,BN9961B,N5772A,6813C,N7951A,D6000USBB,E3649A,6800C,6812C,U71010A,U71010C,U71010B,N6753A,AC6800B 系列,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,S 系列,N8952A,N6777A,N6765A,N8940A,P9370A,P9382B,N2891A,P9370B,N2782B,D3000AUTB,53181A,N9933B,N28005A,EL30000 系列,U2050 X,N5761A,N7950A,BN9960B,N7974A,N8700 系列,34465A,E3648A,4054A,N6764A,N8759A,N6752A,E9320,N8735A,N6970A,N8941A,EL34243A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,N2781B,RP7982A,E4417A,8509XD 系列,N9914B,N9914A,82350C,N5750A,N7953A,U2300 系列,N7977A,N5762A,DAQM909A,E8486A,DSOX-4WAVEGEN2,E5810B,N9938B,N9926A,N6743B,N8934A,N9938A,N6731B,N8946A,N6973A,E36100B 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