【经验】用SIC半桥模块CAS300M17BM2作为半桥DCDC变换器的大功率充电机SIC单脉冲斩波试验过程

时间： 2018-08-22 来源：世强

大功率蓄电池充电机是机车运行必不可少的功率设备，广泛用于轨道交通车辆中。一般大功率充电机拓扑结构由三相交流电经过不可控整流为直流母线电压，然后经过PFC功率因数矫正BOOST电路升压，再经过半桥DCDC变换器隔离输出电压滤波后为蓄电池充电。为了提高大功率充电机的功率密度和效率，减小功率模块体积，采用新型材料SIC实现其功率转换，那怎么进行大功率充电机SIC单脉冲斩波试验，测试其寄生电感是否超标，保证其工作在安全区？

图1大功率蓄电池充电机电路原理图

大功率充电机SIC单脉冲斩波试验主要用来评估SIC的性能参数，包括：获取SIC在开通/关断过程的主要参数；评估Rgon及Rgoff的数值是否合适；开通/关断过程是否有不合适的震荡；评估二极管的反向恢复行为和安全裕量；关断时的电压尖峰是否合适；测量母排的杂散电感。

在大功率蓄电池充电机项目中，选用变换器拓扑结构为半桥DCDC变换器，其额定功率为30KW，输入电压为50Hz的三相380V交流电，三相不可控整流桥和PFC升压电路把交流电整定为直流母线电压，直流母线电压UN最大波动范围为：600VDC~1000VDC，蓄电池组额定电压为110VDC，蓄电池充电电压为132VDC~154VDC。

图2大功率蓄电池充电机电路拓扑

在大功率蓄电池充电机项目中，由于功率为30KW，母线电压最高大于1000VDC，选用业界一流的功率产品和专用的SiC材料供应商WOLFSPEED公司的SIC半桥模块产品CAS300M17BM2作为半桥DCDC变换器的开关功率器件。SiC 半桥模块CAS300M17BM2的额定电压为1700V ，额定电流为225A，它具有低导通阻抗（8mΩ ），良好的耐高温特性（结温最高为150℃ ）和低的损耗（结温150℃下为1760W ）。由于其良好的特性参数，非常合适30KW大功率蓄电池充电机项目使用。

大功率充电机SIC单脉冲斩波试验条件：半桥DCDC变换器的拓扑内有一个桥臂，分为上下桥臂的SIC模块（CAS300M17BM2），需要分别做单脉冲斩波试验。单脉冲斩波试验条件为：

驱动板型号：62EM1

斩波电阻R：0.5Ω；

输入中间电压Udc：0～750V；

最大电流IC：1500A；

单脉冲时间T：100ms。

图3单脉冲斩波试验原理图

大功率充电机SIC单脉冲斩波试验过程：

1）测试上桥臂SIC（CAS300M17BM2）单脉冲斩波试验时，下桥臂给定负电压关断，下桥臂SIC两端并联0.5Ω电阻；高压隔离探头夹在上桥臂SIC的集电极和发射极两端测量VCE电压，罗氏线圈套在SIC的集电极测量IC电流。

2）测试下桥臂SIC（CAS300M17BM2）单脉冲斩波试验时，上桥臂给定负电压关断，上桥臂SIC两端并联0.5Ω电阻；高压隔离探头夹在下桥臂SIC的集电极和发射极两端测量VCE电压，罗氏线圈套在SIC的集电极测量IC电流。

3）测试SIC的导通功能，采用逐渐升高电压，最大测试至SIC导通电流1500A，观察电压和电流波形是否正常。中间电压最高升到750V，如果IGBT电流没达到1500A也不要再升高电压。当电压探头的测量电压脉宽小于输入脉冲脉宽时，则判断为保护。

图 4 SIC上、下桥臂斩波试验接线图

图5单脉冲斩波试验波形图

大功率蓄电池充电机SIC单脉冲斩波试验的测试波形如图5所示，黄色波形为SIC开关时的集电极发射极电压波形，绿色波形为SIC开关时的集电极电流波形。通过单脉冲斩波试验，可以测试大功率充电机拓扑结构中的寄生电感是否超标，SIC开通/关断过程是否有不合适的震荡，可以保证SIC工作在安全区，为大功率充电机带载高压运行带来保证。

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全部评论（3）

LouBing Lv7. 资深专家 2018-08-22

沙发，谢谢分享
守猪待兔 Lv7. 资深专家 2018-08-22

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luose Lv8. 研究员 2018-08-22

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型号- CAB011M12FM3

2021-01-11 - WOLFSPEED - 应用笔记或设计指南 - Rev. 1

COMMERCIALLY AVAILABLE SIC POWER DEVICES

型号- C4D40120D,CPM2-1200-0080B,CPM2-1200-0040B,CPW3-1700-S025B,C2M0280120D,C3D10170H,C3D03065E,CRD-001,CPM3-0900-0065B,CPW2-0650-S016B,C3D02060A,CRD-06AD09N,CRD-5FF0912P,CRD15DD17P,CRD-50DD12N-2,CCS020M12CM2,CSD01060A,C3M0065100J,C3M0065100K,C3D08065A,C4D08120A,C3M0120090D,CPM2-1200-0025B,C3D08065E,C4D08120E,CSD01060E,CPW4-1200-S002B,C3D25170H,CPW5-0650-Z030B,C4D30120D,C3D20060D,C3M0120090J,C3D08065I,CGD15FB45P1,C2M0160120D,C3D02060E,C3D02060F,CPM2-1700-0045B,C4D10120D,C4D10120A,C4D02120E,CPM3-1000-0065B,C3D04060A,C4D02120A,C2M0045170P,C4D10120H,C4D10120E,CPW3-1700-S010B,CRD-200DA09E,C3D16065A,CPW3-0650-S004B,CPW5-1700-Z050B,C3D1P7060Q,C3D16065D,CPW3-0600-S004B,C3D04060E,C3D04060F,KIT8020-CRD-8FF0917P-2,CRD-8FF1217P-1,CPW2-0650-S006B,CPW3-0600-S002B,CPW2-0650-S010B,CPM2-1200-0160B,CRD-50DD12N,C3D10060A,C2M0045170D,C3D06060F,C3D06060G,C3D06060A,C3D10060G,CRD-8DD12P,CRD-200DA12E,C2D05120A,CPW3-0600-S003B,CPM3-0900-0030A,CGD15HB62LP,C3D02065E,C3D10065A,C4D15120D,C3M0065090J,C4D15120A,C3M0065090D,CPWR-0600-S001B,CPW5-1200-Z050B,C3M0075120K,C3D10065I,C3M0030090K,C3D10065E,CGD15SG00D2,C3D08060A,CPW2-0600-S010B,C3D08060G,CPW4-1200-S005B,C3M0120100J,C3D20065D,C4D15120H,CPW4^1200-S015B,C3M0120100K,CPW2-0650-S012B,C3D12065A,C3D03060E,C3D30065D,C3D03060F,CPW2-1200-S050B,C3D16060D,CPW2-0600-S006B,C3D03060G,CPW2-0650-S008B,CRD-060DD17P-2,CPW4-1200-S010B,C3D03060A,CPW5-0650-Z050B,C2M0080120D,CRD-20AD10N,CAS300M17BM2,C2M1000170D,C3D06065A,C2M1000170J,C3D06065I,C4D20120H,C3D06065E,CAS325M12HM2,C3M0280090J,CRD-20DD09P-2,CPW4-1200-S003B,C3M0280090D,C5D50065D,C4D20120A,CGD15HB62P1,CVFD20065A,CRD-02AD09N,C4D20120D,KIT8020-,C3D04065A,CAS300M12BM2,CCS050M12CM2,CRD-060DD12P,C3D04065E,CPW2-0600-S008B,C2M0025120D,C2M0080170P,CPM2-1700-0080B,C2M0040120D,CPW4-1200-S020B,C4D05120A,C4D05120E,CPM3-0900-0010A,CAS120M12BM2

2018/07/11 - WOLFSPEED - 数据手册

解密：感应加热设备效率提升99%、电源模块数减少2.5倍

感应加热系统由感应加热控制板、功率板和加热线圈组成，SiC材料可使感应加热效率达到99%，wolfspeed半桥双功率模块CAS300M12BM2的Vds最大值为1.2KV、典型值为5.0 mΩ，在高频感应加热系统可减少2.5倍的电源模块数，最终减少了用户的成本。

2016-04-11 - 新应用

CGD15HB62LP双通道差分隔离栅极驱动器Cree CAS325M12HM2 C2M SiC半桥模块优化

描述- 该资料介绍了一种双通道差分隔离栅极驱动器CGD15HB62LP，专为Cree CAS325M12HM2碳化硅半桥模块优化。该驱动器具有高频、超快速开关操作，适用于3W或6W隔离电源，具有可配置的UVLO带滞后、直接安装低电感设计，以及板载过流、重叠和反向极性保护。资料还提供了电气特性、应用、最大额定值、符号、参数、测试条件、输入连接器信息、块图、驱动器接口、信号描述、输入连接器、功率估算和尺寸等信息。

07-2016 - WOLFSPEED - 技术文档 - Rev. A

CAB450M12XM3（13 mΩ模块）数据表

描述- Wolfspeed开发的XM3功率模块平台旨在最大化碳化硅（SiC）的优势，同时保持模块和系统设计的稳健、简单和成本效益。XM3模块重量和体积仅为标准62毫米模块的一半，最大化功率密度，同时最小化环路电感并实现简单的电源总线设计。该模块的SiC优化封装允许在175°C的连续结温下运行，配备高可靠性氮化硅（Si3N4）功率基板，确保在极端条件下机械稳健。XM3非常适合如电动汽车充电器、不间断电源（UPS）和牵引驱动等要求苛刻的应用。

型号- CAB450M12XM3

WOLFSPEED - 数据手册

CAS325M12HM2 1.2kV、3.6 MΩ全碳化硅高性能半桥模块C2M MOSFET和Z-RecTM二极管

描述- 该资料详细介绍了CAS325M12HM2型高效率、半桥模块的电气特性、热特性、封装尺寸等关键参数。该模块采用碳化硅（SiC）材料，具有低导通电阻、低开关损耗、高效率等特点，适用于高效转换器、逆变器、电机驱动、智能电网等领域。资料中还包括了典型性能曲线、封装尺寸图以及重要注意事项。

12-2016 - WOLFSPEED - 技术文档 - Rev. A

用在50kW电机控制器上，要求最大电压为1200V，电流为300A，有没有合适的碳化硅MOS推荐？

没有合适的单管碳化硅MOS推荐，推荐碳化硅功率模块CAS300M12BM2，额定电压为1200V，电流为300A，该模块为半桥结构集成两个MOS。

2017-07-01 - 技术问答

感应加热设备效率提升99%的CAS300M12BM2 SiC半桥双功率模块，电源模块数减少2.5倍

SiC材料可使感应加热效率达到99%，WOLFSPEED(原cree公司)SIC半桥双功率模块CAS300M12BM2的Vds最大值为1.2KV、典型值为5.0 mΩ。CAS300M12BM2外壳采用行业标准的62mm x 106mm x 30mm，封装则采用Half-Bridge Module，具有超低损耗、高频率特性以及易于并联等特点。漏极电流方面，连续通电时最大为404A（@25℃）。

2018-08-22 - 应用方案

市售SiC功率器件

描述- Wolfspeed提供多种碳化硅（SiC）功率器件，包括MOSFET和肖特基二极管，旨在提高开关频率并减小组件尺寸。产品具有高阻断电压、低导通和开关损耗等特点。资料中详细列出了不同型号的器件，包括其阻断电压、导通电阻、电流额定值和封装类型。此外，还介绍了模块、门驱动板和参考设计，以支持客户的设计需求。

型号- C4D40120D,CPM2-1200-0080B,C3M0120090K,CPM2-1200-0040B,CPW3-1700-S025B,C2M0280120D,C3D10170H,C3D03065E,CRD-001,CPM3-0900-0065B,CPW2-0650-S016B,C3D02060A,CRD-5FF0912P,CCS020M12CM2,CSD01060A,C3D08065A,C4D08120A,C3M0120090D,CPM2-1200-0025B,C3D08065E,C4D08120E,CSD01060E,CPW4-1200-S002B,C3D25170H,CPW5-0650-Z030B,C4D30120D,C3D20060D,C3M0120090J,C3D08065I,C2M0160120D,C3D02060E,C3D02060F,CPM2-1700-0045B,C4D10120D,C4D10120A,C4D02120E,CPM3-1000-0065B,C3D04060A,C4D02120A,C4D10120E,CPW3-1700-S010B,C3D16065A,CPW3-0650-S004B,CPW5-1700-Z050B,C3D1P7060Q,C3D16065D,CPW3-0600-S004B,C3D04060E,C3D04060F,CRD-8FF1217P-1,CPW2-0650-S006B,CPW3-0600-S002B,CPW2-0650-S010B,CPM2-1200-0160B,CRD-50DD12N,C3D10060A,C2M0045170D,C3D06060F,C3D06060G,C3D06060A,C3D10060G,CRD-8DD12P,C2D05120A,CPW4-1200-S008B,CPW3-0600-S003B,C3D02065E,C3D10065A,C4D15120D,C3M0065090J,C4D15120A,C3M0065090D,CPWR-0600-S001B,CPW5-1200-Z050B,C3D10065I,C3D10065E,C3D08060A,CPW2-0600-S010B,C3D08060G,CPW4-1200-S005B,C3D20065D,CPW2-0650-S012B,C3D12065A,C3D03060E,C3D30065D,C3D03060F,CPW2-1200-S050B,C3D16060D,CPW2-0600-S006B,CPW2-0650-S008B,CRD-060DD17P-2,CPW4-1200-S010B,C3D03060A,CPW5-0650-Z050B,C3M0065090K,C2M0080120D,CAS300M17BM2,C2M1000170D,C3D06065A,C2M1000170J,C3D06065I,C3D06065E,CAS325M12HM2,C3M0280090J,CPW4-1200-S015B,CRD-20DD09P-2,C3M0280090D,C5D50065D,C4D20120A,CVFD20065A,C4D20120D,KIT8020-,C3D04065A,CAS300M12BM2,CCS050M12CM2,CRD-060DD12P,C3D04065E,CPW2-0600-S008B,C2M0025120D,C2M0040120D,CPW4-1200-S020B,C4D05120A,C4D05120E,CPM3-0900-0010A,CAS120M12BM2

2017/08/28 - WOLFSPEED - 技术文档 - Rev. -

【应用】基于SiC半桥功率模块CAB450M12XM3设计的300KW三相逆变器

CRD300DA12E-XM3是Wolfspeed公司推出的300KW三相逆变器设计方案，该方案采用低电感SiC模块CAB450M12XM3作为功率器件，高脉冲电流DC-link薄膜电容作为支撑电容，叠层母排作为正负极母排，并采用高性能液冷散热器加强散热，实现了功率环路仅12nH的杂散电感总量和32.25kW/L的功率密度。本文主要分析和介绍CRD300DA12E-XM3逆变器功率平台的设计。

2019-12-09 - 应用方案

CGD12HBXMP双通道差分隔离门驱动器XM3 CPM3 SiC半桥模块配套工具数据表

描述- 该资料详细介绍了Cree公司生产的CGD12HBXMP双通道差分隔离栅极驱动器，这是一种专为Cree XM3 SiC半桥功率模块设计的工具。该驱动器具有高频率、超快速切换操作，内置2W隔离电源，提供过压、欠压、过流和反极性保护，以及差分输入以提高噪声免疫力。它适用于DC总线电压高达1000V的应用。

型号- SBH11-PBPC-D08-ST-BK,SFH11-PBPC-D08-RA-BK,MGJ2D121505SC,CGD12HB00D,CAB450M12XM3,CRD300DA12E-XM3,KIT-CRD-CIL12N-XM3,ADUM4135,SFH210-PPPC-D08-ID-BK,CGD12HBXMP,SN65C1167,XM3

2019-06-01 - WOLFSPEED - 数据手册 - Rev. A 查看更多版本