全球能源互聯(lián)網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)賦能者-BASiC Semiconductor基本半導(dǎo)體之一級(jí)代理商傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國(guó)工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,代理并力推BASiC基本半導(dǎo)體SiC碳化硅MOSFET單管,SiC碳化硅MOSFET功率模塊,SiC模塊驅(qū)動(dòng)板等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。
傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個(gè)必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET模塊全面取代IGBT模塊和IPM模塊的必然趨勢(shì)!
傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET單管全面取代IGBT單管和大于650V的高壓硅MOSFET的必然趨勢(shì)!
傾佳電子楊茜咬住650V SiC碳化硅MOSFET單管全面取代SJ超結(jié)MOSFET和高壓GaN 器件的必然趨勢(shì)!
在固態(tài)變壓器(SST)等中高壓、大功率電力電子裝備中,采用碳化硅(SiC)MOSFET能大幅提升開(kāi)關(guān)頻率和效率。然而,SiC器件極高的電壓變化率(dv/dt 動(dòng)輒 50~100 kV/μs)和電流變化率(di/dt)是導(dǎo)致寬帶電磁干擾(EMI)的核心源頭。
共模(CM)噪聲的產(chǎn)生遵循公式:Icm=Cparasitic×dtdv。在SST中,這種高頻位移電流會(huì)通過(guò)寄生電容(如驅(qū)動(dòng)器原副邊隔離電容、模塊基板對(duì)散熱器的電容)倒灌入弱電控制系統(tǒng),引起驅(qū)動(dòng)器誤動(dòng)作(直通炸機(jī))、通信中斷甚至主控死機(jī)。
基本半導(dǎo)體(BASIC)SiC MOSFET模塊(BMF240/BMF540系列)與青銅劍(Bronze Technologies)即插即用驅(qū)動(dòng)板(2CP0220/2CP0225/2CD0210系列)的規(guī)格書(shū),治理共模EMI的工程實(shí)現(xiàn)需要從**“阻斷耦合路徑”、“提升抗擾免疫力”和“源頭削峰抑制”**三個(gè)維度進(jìn)行深度融合。
一、 阻斷共模耦合路徑(極小化寄生電容 Cparasitic)
共模電流必須依靠寄生電容才能形成回路,在物理層面上切斷這些高頻通道是治本之策。
1. 采用極低隔離電容的驅(qū)動(dòng)器(核心防御屏障)
工程痛點(diǎn):橋臂中點(diǎn)(AC端)劇烈的 dv/dt 動(dòng)點(diǎn),會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)板內(nèi)部隔離DC/DC變壓器和數(shù)字隔離芯片的寄生電容,將共模電流直接泵入原邊(主控板)。
產(chǎn)品實(shí)現(xiàn):查閱附件青銅劍驅(qū)動(dòng)板(如 2CP0220T12-ZC01 和 2CP0225Txx-AB)的數(shù)據(jù)手冊(cè),其原邊-副邊隔離等效電容做到了極低的 25 pF ~ 28 pF(隔離耐壓高達(dá) 5000V)。
治理效果:在 50kV/mus 的高速開(kāi)關(guān)下,流經(jīng) 25 pF 隔離電容的共模漏電流僅約為 1.25A。這遠(yuǎn)低于普通驅(qū)動(dòng)器(動(dòng)輒數(shù)百pF)產(chǎn)生的毀滅性浪涌,從硬件上構(gòu)筑了堅(jiān)固的防火墻。
工程加固:在驅(qū)動(dòng)器連接 DSP 的 12Pin/20Pin 排線處,套上高頻納米晶共模磁環(huán)(CMC),將殘余的 1A 級(jí)別共模電流轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。
2. 功率模塊絕緣基板材料的優(yōu)化
產(chǎn)品實(shí)現(xiàn):基本半導(dǎo)體模塊(如 BMF540R12KHA3)采用了Si3N4(氮化硅)陶瓷基板。
治理效果:氮化硅不僅導(dǎo)熱率極高,其機(jī)械強(qiáng)度和絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)氧化鋁(Al2O3)。這允許在相同耐壓需求下使用更厚的陶瓷層,從而在物理上減小了 SiC 芯片到底板(接散熱器)之間的對(duì)地寄生電容,大幅削減了向機(jī)殼大地(PE)擴(kuò)散的共模漏電流。
工程加固:SST 裝備的散熱器不建議直接大面積硬接地,應(yīng)在 DC+ 和 DC- 母排與散熱器之間跨接極低ESL的高頻 Y 電容,為泄漏的共模電流提供一個(gè)“內(nèi)部最短回流閉環(huán)”,避免其流向外部電網(wǎng)。
二、 提升系統(tǒng)抗擾度(免疫共模串?dāng)_引發(fā)的誤動(dòng)作)
在SST緊湊的空間內(nèi),高頻干擾難以絕對(duì)消除,系統(tǒng)必須對(duì)共模瞬態(tài)具備極強(qiáng)的免疫力,尤其是防止上下管發(fā)生“直通”。
1. 有源米勒鉗位(Active Miller Clamping)徹底消除直通風(fēng)險(xiǎn)
工程痛點(diǎn):上管極速開(kāi)通的高 dv/dt 會(huì)通過(guò)下管的米勒電容(Crss,基本模塊手冊(cè)中僅約 0.03~0.07nF)耦合產(chǎn)生瞬態(tài)位移電流。這股電流流過(guò)柵極電阻(Rg)會(huì)產(chǎn)生電壓降,輕易將下管柵極電壓抬高至閾值(基本模塊 VGS(th) 典型值為 2.7V,高溫下更低)以上,導(dǎo)致嚴(yán)重串?dāng)_直通。
產(chǎn)品實(shí)現(xiàn):青銅劍驅(qū)動(dòng)板全系內(nèi)置了有源米勒鉗位電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)芯片檢測(cè)到關(guān)斷狀態(tài)下的門(mén)極電壓低于安全閾值(如 ?3V 左右)時(shí),會(huì)立即導(dǎo)通內(nèi)部專用的低阻抗旁路 MOSFET(鉗位峰值電流高達(dá) 10A),將模塊的門(mén)極(G)與輔助源極(S)強(qiáng)行物理短接,將共模噪聲電流直接“抽走”。
2. 負(fù)壓關(guān)斷拓寬噪聲容限
產(chǎn)品實(shí)現(xiàn):青銅劍驅(qū)動(dòng)器采用了+15V(或+18V/+20V) / -4V(或-5V) 的非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)電壓。
治理效果:相比于 0V 關(guān)斷,-5V 的負(fù)偏壓為共模地電位彈跳(Ground Bounce)和高頻振蕩提供了高達(dá) 7V~8V 的抗擾電壓裕量。
3. Kelvin Source 與“即插即用”消滅引線天線
產(chǎn)品實(shí)現(xiàn):基本半導(dǎo)體模塊配備了獨(dú)立的輔助源極(S1, S2 即 Kelvin Source)。青銅劍驅(qū)動(dòng)板采用了即插即用(Plug-and-play)直插設(shè)計(jì)。
治理效果:避免了主功率回路大電流 di/dt 造成的電壓降串入弱電柵極;徹底摒棄了驅(qū)動(dòng)飛線,將門(mén)極驅(qū)動(dòng)環(huán)路面積壓縮到極限,杜絕了空間交變磁場(chǎng)向門(mén)極的輻射耦合。
三、 削弱共模噪聲源(控制瞬態(tài) dv/dt 與 di/dt)
1. 驅(qū)動(dòng)電阻(RGON/RGOFF)的非對(duì)稱動(dòng)態(tài)尋優(yōu)
工程實(shí)現(xiàn):高頻 EMI 能量與 dv/dt 的陡峭程度呈強(qiáng)正相關(guān)。青銅劍驅(qū)動(dòng)板將開(kāi)通和關(guān)斷路徑物理分離。在 SST 系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào)時(shí),切忌盲目追求極致的開(kāi)關(guān)速度。應(yīng)通過(guò)雙脈沖測(cè)試,在系統(tǒng)散熱允許的損耗范圍內(nèi),適當(dāng)調(diào)大外部貼片驅(qū)動(dòng)電阻,使開(kāi)關(guān)邊沿相對(duì)平緩(例如將 dv/dt 限制在 30~40V/ns),這能從源頭上將超高頻段的 EMI 能量抹平。
2. 故障工況下的軟關(guān)斷(Soft Shutdown)與有源鉗位
工程痛點(diǎn):發(fā)生退飽和(DESAT / 過(guò)流)時(shí),若執(zhí)行瞬間硬關(guān)斷,數(shù)千安培的電流瞬間切斷會(huì)產(chǎn)生極其恐怖的過(guò)壓尖峰和寬帶電磁脈沖(EMP),瞬間沖潰控制系統(tǒng)。
產(chǎn)品實(shí)現(xiàn):青銅劍驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置了軟關(guān)斷技術(shù)(如 2CP0220T12 tSOFT≈2.5μs)。在故障時(shí)按受控的平緩斜率拉低柵極電壓;同時(shí)配合**高級(jí)有源鉗位(Advanced Active Clamping)**的 TVS 二極管陣列將漏極過(guò)壓反饋至柵極。這套組合拳不僅防止了 SiC 模塊雪崩擊穿,更壓制了極端故障瞬間的毀滅性 EMI 爆發(fā)。
3. 疊層母排抑制差模轉(zhuǎn)共模
工程實(shí)現(xiàn):利用基本半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的低寄生電感設(shè)計(jì),外部直流排必須采用疊層母排(Laminated Busbar),并在緊貼模塊的 DC+/DC- 端子螺接高頻薄膜吸收電容(Snubber Cap)。消除掉高頻差模振鈴(Ringing),就能避免差模振蕩在非對(duì)稱系統(tǒng)寄生參數(shù)下轉(zhuǎn)化為共模輻射。
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