【導讀】不間斷電源 (UPS) 和其他基于電池的儲能系統可以確保住宅、電信設施、數據中心、工業(yè)設備、醫療設備和其他關(guān)鍵設備的持續供電。憑借先進(jìn)的半導體技術(shù)，這些系統能夠確?？煽抗╇?，提供濾波功能，并在發(fā)生短期電網(wǎng)斷電時(shí)保障供電。對于更長(cháng)時(shí)間的停電，這些系統可以提供足夠的時(shí)間讓關(guān)鍵設備安全地關(guān)閉。
UPS的設計要項一文中，我們帶大家了解了UPS的使用用例與具體產(chǎn)品規格，本文將從SiC器件的角度出發(fā)，幫助您設計 UPS 或其他電池儲能系統。
SiC正在推動(dòng)革命
碳化硅 (SiC) 產(chǎn)品，即所謂的寬禁帶產(chǎn)品，可以對 UPS關(guān)鍵參數產(chǎn)生積極影響。高開(kāi)關(guān)頻率可以減小無(wú)源組件的尺寸并降低產(chǎn)品的整體重量，方便運輸并降低擁有成本，讓用戶(hù)有更多空間存放更大容量的 UPS，以迎接大數據時(shí)代的持續增長(cháng)。
安森美 SiC MOSFET 的所有器件都具有雪崩額定值并符合 100% 工作電壓要求，具有出色的穩健性和可靠性。與許多其他平面型 SiC MOSFET 一樣，在負柵極驅動(dòng)電壓下運行也沒(méi)有問(wèn)題。由于特殊的平面設計，安森美的所有 SiC MOSFET 產(chǎn)品系列在整個(gè)生命周期內 RDS(ON)、VTH或二極管正向電壓均無(wú)漂移。為達到理想性能，推薦的柵極電壓為 18 V，也可低至 15 V，以與上一代 SiC MOSFET 兼容。
安森美是“端到端”的 SiC 供應商，涵蓋從基板到模塊的整個(gè)流程。憑借我們垂直整合的端到端供應鏈和 SiC 產(chǎn)品的出色效率，我們?yōu)榭蛻?hù)提供所需的供應保證，以支持未來(lái)快速增長(cháng)的市場(chǎng)。
圖 1. 安森美 SiC 產(chǎn)品：從基板到系統
SiC MOSFET的驅動(dòng)器
基于 SiC 的 UPS 系統有利于高頻，相對于硅柵極驅動(dòng)器，對于 SiC 柵極驅動(dòng)器提出了更高的要求。在為新一代 UPS 系統選擇 SiC MOSFET 時(shí)，為了提高 SiC MOSFET 功率實(shí)施的穩健性，需要強調以下幾點(diǎn)：
● 高電流能力：在導通和關(guān)斷時(shí)輸送高峰值電流以使 CGS 和 CGD 電容快速充電和放電。
● 抗擾度強：在具有快速開(kāi)關(guān) SiC MOSFET 的系統中，SiC 柵極驅動(dòng)器必須考慮與快速 dV/dt 和感應噪聲相關(guān)的抗擾度。特別是，允許的最大和最小電壓表示對正負浪涌事件的抗擾度。
● 匹配的傳播延遲：傳播延遲是從 50% 的輸入到 50% 的輸出的時(shí)間延遲，這在高頻應用中至關(guān)重要；延遲不匹配會(huì )導致開(kāi)關(guān)損耗和發(fā)熱。
NCP51561 SiC MOSFET（一種隔離式雙通道 SiC MOSFET 柵極驅動(dòng)器）滿(mǎn)足所有這些要求，具有 4.5 A/9 A 拉電流和灌電流峰值。NCP51561 提供快速而匹配的傳播延遲。兩個(gè)獨立的 5 kV RMS（UL1577 額定值）電氣隔離柵極驅動(dòng)器通道，具有可調死區時(shí)間，可用于兩個(gè)低邊、兩個(gè)高邊開(kāi)關(guān)或半橋拓撲。
評估設計權衡
效率是儲能系統的一個(gè)重要考慮因素，而效率的關(guān)鍵是高速開(kāi)關(guān)和高效拓撲結構，例如 NPC 逆變器拓撲結構。與相對簡(jiǎn)單的拓撲結構中配置的低速半導體相比，與相對復雜但高效的拓撲結構相結合的高開(kāi)關(guān)速度半導體成本更高。然而，半導體成本的增加將被其他地方的節省所抵消。比如，高速開(kāi)關(guān)轉化為更低的模塊損耗和更長(cháng)的電池壽命。它支持使用更小、成本更低的電容器和電感器，從而提供更緊湊的終端產(chǎn)品。在性能和成本/尺寸/控制難度之間總是存在折衷。
圖 2.逆變器拓撲結構比較
尋找產(chǎn)品生命周期支持
開(kāi)始設計時(shí)，應確保您可以獲得所選電源產(chǎn)品的 SPICE 模型和 STEP 文件。PSpice 模型有助于研究電路、模塊和芯片層面的反向恢復行為和寄生效應。這些模型還支持熱仿真和自發(fā)熱效應的探索。
此外，應尋找對第三方仿真工具的支持。而且，您的供應商應在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中為您提供支持，包括仿真、產(chǎn)品選擇、布局、優(yōu)化、原型制作和終端客戶(hù)系統的生產(chǎn)。安森美是各種功率半導體器件和相關(guān)組件的全方位服務(wù)供應商，提供完整的內部端到端供應鏈和全球客戶(hù)支持。
結論
在本文中，我們討論了 UPS 和其他電池儲能系統、用例、拓撲結構以及如何選擇合適的功率半導體。安森美憑借長(cháng)期以來(lái)積累的專(zhuān)業(yè)知識和在電源管理和轉換方面的地位，幫助全球客戶(hù)開(kāi)發(fā)采用尖端技術(shù)的 UPS 系統，最大限度地提高負載的供電質(zhì)量和可靠性，同時(shí)降低擁有成本。
在設計穩健的 UPS 系統時(shí)，采用基于碳化硅的功率級對于減少功率損耗、提高功率密度和降低散熱成本起著(zhù)至關(guān)重要的作用。選擇以基礎設施級可靠性為基礎構建的高度穩健的 SiC 功率器件是設計持久耐用的 UPS 系統的關(guān)鍵。安森美從原材料到完整模塊解決方案的端到端 SiC 制造流程確保了出色的供應質(zhì)量和可靠性。
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