毫無疑問,寬帶隙 (WBG) 技術已得到廣泛應用。碳化硅(SiC) 和氮化鎵 (GaN) 晶體管正迅速成為工業、消費類及其他電源應用領域的首選器件。 不同于硅,SiC和GaN技術尚不成熟,因此由于制造商的每一代產品都有性能改善,相關標準仍在不斷變化。例如,市場上有不同制造商生產的第一代、第二代和第三代 SiC 器件,每一代都需要不同的電壓組合來開啟和關閉器件。
這對柵極驅動器和用于給柵極驅動器供電的隔離 DC/DC 轉換器來說都是一個問題。這些 DC/DC 轉換器通常使用內置變壓器來實現隔離。變壓器設計有固定的降壓比,以供應適合所用柵極驅動器的偏置電壓。
因此,需要兩個 DC/DC 轉換器:一個轉換器為一個 SiC 器件提供 +15 V 和 -8 V 的開啟和關閉電壓;另一個轉換器為另一個 SiC 器件提供 +15 V 和 -3V 的電壓。如果這兩種組合都有現成的標準產品,則不成問題,但如果需要全新的 DC/DC 轉換器設計,則可能會影響工作計劃,并可能需要進行安全認證。由于產量較低,單位成本也有可能會上升。
R24C2T25 可簡化 SiC 的選擇和評估過程
借助 RECOM 的一款新型產品,客戶能夠評估和使用多種類型的 SiC 功率晶體管,無需耗時耗資的設計更改。這款R24C2T25 2W隔離 DC/DC 轉換器,可簡化 WBG 柵極驅動器偏置電源的設計,采用對稱穩壓輸出,適用于IGBT、Si、SiC 和 GaN 共源共柵柵極驅動器。可通過外部電阻網絡對輸出進行編程。
一路輸出電壓范圍可設置在 +2.5 至 +22.5 VDC,另一路可設置為 -2.5 至 -22.5 VDC,總正負電壓范圍為 18 至 25 VDC,例如 +15/-3 V,以高效驅動 SiC 柵極。
可編程性不僅支持客戶選擇不同的 SiC 器件,還能在開發階段為客戶帶來額外的靈活性。例如,客戶可以根據實驗測試來調整所選 SiC 器件的開關電壓,并決定要在哪個電壓下進行開關。電壓保持在 +/-1.5% 范圍內,防止過電壓和損壞的風險。環境溫度高達 82°C 時可提供的最大可用功率為 2 W,環境溫度為 75°C 時可提供 2.5 W 輸出。即使封裝在最高額定溫度 125°C 時,轉換器仍然可以提供有用的降額功率。
具有 3.5 pF 的超低耦合電容和 +/-150 V/μs 的共模瞬態抗擾度。所以這款產品非常適合為具有快速 dV/dt 和 dI/dt 電源開關邊沿速率的高側柵極驅動器供電。
R24C2T25 提供軟啟動、輸入欠壓和過電壓鎖定、熱關斷和輸出過功率保護。還提供輸出過電壓和欠壓鎖定功能,以確保功率器件不會受到無效柵極電壓的影響。提供電源良好信號的同時還提供開/關控制,且產品進入待機模式時,電流消耗低于 700 μA。
除了可編程性,同其前代產品相比,R24C2T25還有其他進步:使用了表面安裝技術(SMT),采用尺寸為 7.5 x 12.83 mm 的緊湊型 36 引腳 SSO 封裝。設計人員非常需要表面安裝封裝技術,因為與等效的通孔器件相比,該技術具有諸多優勢:
空間效率高:SMT DC/DC 轉換器的尺寸通常較小,便于實現更緊湊的設計。這對于電路板空間有限的應用(如便攜式設備或小型電子產品)至關重要。
功率密度高:表面安裝封裝有助于提高 PCB 上的功率密度,能夠在給定空間內創建性能更強大的轉換器。
散熱性能改善:直接接觸 PCB 會增強導熱性,從而提高散熱性能。
高頻性能增強:SMT 技術可縮短引線長度并減少寄生效應,有助于提高轉換器的高頻性能。這對于需要快速開關速度的應用十分有利。
自動化組裝:表面安裝技術支持自動化組裝工藝,從而提高 DC/DC 轉換器的生產效率和成本效益。
重量更輕:SMT 封裝通常比通孔封裝更輕,對于重量為關鍵因素的應用(如航空航天或汽車應用),這一點非常有利。
電磁干擾 (EMI) 減少:SMT 元件具有較短的引線和緊湊型布局,有助于最大限度地減少電磁干擾,提高系統的整體電磁兼容性 (EMC)。
生產經濟高效:自動化組裝和較小的尺寸規格可以縮短生產時間并降低材料成本,因此有助于實現經濟高效的生產。
元件密度更高:SMT 封裝支持在 PCB 上采用更高的元件密度,從而能夠將附加特性或功能集成到同一空間中。
R24C2T25隔離DC/DC 轉換器應用
電力和能源:風力渦輪機、光伏陣列和電池管理系統
基礎設施:交通管制、鐵路和商用車輛
結論
提供精確的柵極驅動器電壓至關重要,特別是對于最新一代的 SiC 器件而言。借助 R24C2T25 隔離 DC/DC 轉換器的可編程輸出特性,客戶能夠評估不同的器件并設置最佳電壓電平,從而實現系統效率和安全性的最佳組合。表面安裝封裝技術還具有許多優點,包括提高效率、增強 EMI 性能以及縮小設計尺寸。
審核編輯:劉清
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原文標題:技術解析 | 如何賦能新一代寬帶隙半導體?
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