Преобразователь напряжения с мощностью 10 кВт на базе карбидокремниевых транзисторов в компактном корпусе

Rohm совместно с лабораторией Fraunhofer ISE задействовали карбидокремниевые транзисторы для разработки компактного 10-кВт преобразователя напряжения с размерами корпуса 23 х 21 х 10 см и весом в 4,5 кг. Для достижения лучшего показателя КПД была выбрана топология со смешанным напряжением и фиксированной нейтральной точкой (MNPC, T-type). В схеме используется 12 транзисторов, 6 из которых образуют трёхфазные мосты.

Все МОП-транзисторы в схеме и диоды Шоттки выполнены из карбида кремния (SiC). Согласно разработчику, по сравнению с кремниевыми транзисторами карбидокремниевые позволяют работать с частотой переключения в 3¬–9 раз выше (в данном случае до 100 кГц) и дают возможность уменьшить количество пассивных компонентов.

По словам инженеров Rohm, высокая частота переключения также повышает нагрузку на цепи драйверов затвора, поэтому они должны иметь высокую устойчивость к синфазным помехам. Большое значение отношений di/dt и du/dt во время переключения требует особого дизайна всех цепей и узлов. Компактные и аккуратно спроектированные тракты коммутации являются предпосылкой к благоприятной компоновке карбидокремниевых компонентов, особенно важной для такого типа транзисторов.

В схеме задействованы драйверы затвора BM60015FV в корпусах с размерами 3,5 х 10 х 1,8 мм и с рабочим напряжением до 3,74 кВ (усиленные компоненты VDE 0884-10). Использование модулей с несколькими МОП-транзисторами способствует сокращению скачков напряжения за счёт пониженной паразитной индуктивности (5 нГн) в сравнении с корпусами TO-247 и TO-220. Модули, выполненные на основе оксида алюминия, имеют ТКС 0,7 К/Вт (чип-радиатор).

Входное напряжение преобразователя лежит в диапазоне 700–1000 В, выходное – 400 В при токе около 15 А (RMS). Одним из мотивов выбора топологии MNPC был тот факт, что не все компоненты должны по номиналу соответствовать входному напряжению. К примеру, для сети 400 В каждый из 6 токоотводов может работать от двух 650-В компонентов (МОП-транзистор S2206 с сопротивлением 120 мОм, 12-А диод Шоттки S6206) и двух 1200-В компонентов (МОП-транзистор S2301 с сопротивлением 80 мОм, 5-А диод Шоттки S6301).