SiC固態電池斷路器設計有眉角 中高電壓功率元件效能再升(1)
與傳統機械斷路器相比，固態斷路器具有系統級優勢，關鍵在於碳化矽和功率半導體封裝的優勢。本文討論了關於固態電池斷路器中高電壓功率元件的選擇和設計的關鍵。
得益於固態電路保護，直流母線電壓為400V或以上的電氣系統，由單相或三相電網電源或儲能系統(ESS)供電，可提升自身的可靠性和彈性。在設計高電壓固態電池斷路器時，需要考慮幾項基本的設計決策。其中關鍵因素包括半導體技術、元件類型、熱封裝、元件耐用性以及電路中斷期間的感應能量管理。
本文將討論在選擇功率半導體技術和定義高電壓、高電流電池斷路器的半導體封裝時的一些設計注意事項，以及表徵系統的寄生電感和過流保護限值的重要性。
寬能隙半導體技術優勢
在選擇最佳半導體材料時，應考慮多項特性。目標是打造兼具最小導通電阻、最小關斷洩漏電流、高電壓阻斷能力和高功率能力的開關。圖1顯示了矽(Si)、碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)三種半導體材料的特性。SiC和GaN的電擊穿場大約是矽的十倍。這使得設計漂移區厚度為等效矽元件十分之一的元件成為可能，因為漂移區厚度與電擊穿場成反比。此外，漂移區的電阻與電擊穿場的立方成反比。這使得漂移區電阻降低了近1000倍。在固態開關應用中，所有損耗都是導通損耗，高電擊穿場是一項顯著的優勢。此外，電阻降低還意味無需擔心動態閂鎖問題，否則較高的dV/dt瞬變可能會分別觸發矽功率MOSFET和IGBT中的寄生NPN晶體管或晶閘管。
圖...
2025 年 02 月 19 日
