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在幾乎所有電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)汽車(chē)、快速充電器和可再生能源系統(tǒng)中，都會(huì)配備低功耗輔助電源。雖然相比于主要的功率級(jí)，此類(lèi)電源通常受到的關(guān)注較少，但它們?nèi)允菐椭到y(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵組成部分。提高系統(tǒng)可靠性、減小系統(tǒng)尺寸以及縮減系統(tǒng)成本，同時(shí)最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)并支持多源采購(gòu)——設(shè)計(jì)人員不斷面臨這些經(jīng)常相互矛盾的挑戰(zhàn)。

Wolfspeed 推出的工業(yè)級(jí) C3M0900170x 和獲得車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證 (AEC-Q101) 的 E3M0900170x 碳化硅 MOSFET 產(chǎn)品系列，可在 20 至 200 W 范圍內(nèi)增強(qiáng)輔助電源的設(shè)計(jì)能力。這些電源可再生能源、工業(yè)電機(jī)控制和車(chē)輛電氣化等快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)變得越來(lái)越重要。依托 Wolfspeed 可靠的第三代碳化硅技術(shù)，并在行業(yè)領(lǐng)先的 200 mm 制造工廠獨(dú)家制造，該產(chǎn)品系列使得工程師能夠重新考慮如何解決低功耗輔助電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的各種權(quán)衡取舍的問(wèn)題。

除了 TO-247-3 (D) 和 TO-263-7 (J) 封裝外，Wolfspeed 產(chǎn)品組合還增加了一種新型的用以支持工業(yè)應(yīng)用全模塑封裝 TO-3PF (M)。此封裝通過(guò)避免使用絕緣熱界面材料，從而降低了組裝成本和發(fā)生錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。另外，TO-3PF (M) 封裝通過(guò)將引腳之間的最小爬電增加到 4.85 mm，并且避免了外露的漏極板，從而提高了產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)健性。

更高的性能和即插即用能力

相比先前的 C2M 1700 V 系列和競(jìng)品，Wolfspeed 的 C3M 和 E3M SiC MOSFET 技術(shù)帶來(lái)了多項(xiàng)改進(jìn)。在新推出的 C3M / E3M 系列中，柵極電荷從 C2M 等效器件中的 22 nC 降低至僅 10 nC，減少了柵極驅(qū)動(dòng)的功率需求，簡(jiǎn)化了反激式電源中的啟動(dòng)操作。此外，還降低了輸出電容，使得 Eoss 降低了 30%，從而減少了開(kāi)關(guān)損耗。

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)改進(jìn)并非總是那么容易，因?yàn)楦脑O(shè)計(jì)可能需要集中時(shí)間和資源。在大多數(shù)現(xiàn)有低功耗輔助電源設(shè)計(jì)中，Wolfspeed 新系列 900 mΩ 碳化硅 MOSFET 都具備即插即用的兼容性，使您能夠充分發(fā)揮新器件的優(yōu)勢(shì)，而無(wú)需進(jìn)行大量的的重新設(shè)計(jì)工作。從封裝角度來(lái)看，TO-247-3（通孔封裝）和 TO-263-7（表面貼裝）與當(dāng)今市面上的其他碳化硅和硅器件兼容，無(wú)需更改 PCB 布局或散熱器附件。

許多輔助電源都配有 12 - 15 V 輸出，用于運(yùn)行其他控制或負(fù)載。C3M / E3M 系列可以直接將此電壓軌用于反激式控制器和由此產(chǎn)生的柵極電壓，無(wú)需使用單獨(dú)的輔助繞組或變壓器分接頭，即可提供前幾代和某些競(jìng)品所需的更高 18 - 20 V 電壓。

硅和碳化硅 MOSFET 競(jìng)品的柵極電壓水平范圍從 12 V 到 20 V 不等，加劇了設(shè)計(jì)人員在多源設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)。幸運(yùn)地是，Wolfspeed C3M0900170x 系列可直接支持 12 - 18 VGS。得益于優(yōu)化調(diào)整的內(nèi)部柵極電阻，Wolfspeed 器件可在高達(dá) 22 VGS 的電路條件下工作。在柵極電壓 > 18 V 的設(shè)計(jì)中，可以使用齊納二極管代替外置柵極電阻，將驅(qū)動(dòng)電壓降低至 12 - 18 V 范圍以?xún)?nèi)。

將 RG_EXT 替換為 3.3 V 齊納二極管，以降低 MOSFET 柵極處的 VGS

升級(jí)硅基系統(tǒng)時(shí)的性能改進(jìn)

雖然高壓 (1500 - 2000 V) 硅 MOSFET 也可用于此系統(tǒng)空間；但缺點(diǎn)是，由于1 - 2 Ω 器件每單位面積 RDS(ON) 較高，造成價(jià)格往往比較昂貴，并且損耗較高。取而代之地是，可以利用雙開(kāi)關(guān)反激式拓?fù)鋪?lái)選擇較低電壓的硅器件。雖然此類(lèi)器件比較便宜，但雙開(kāi)關(guān)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)更加復(fù)雜，需要更多組件和空間。

碳化硅 MOSFET 非常適合此類(lèi)電壓等級(jí)，并可輕松實(shí)現(xiàn)適用于輔助電源應(yīng)用的低 RDS(ON)和低開(kāi)關(guān)損耗。設(shè)計(jì)人員能夠利用單開(kāi)關(guān)反激式拓?fù)洌@可以消除了雙開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)所需的額外電路和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

雙開(kāi)關(guān)拓?fù)湫枰嘟M件和額外的 PCB 面積

采用碳化硅 MOSFET 的簡(jiǎn)化單開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)節(jié)省了空間和成本。

面向所有應(yīng)用的耐用性設(shè)計(jì)

在許多需要長(zhǎng)壽命和可靠運(yùn)行的工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中，都能發(fā)現(xiàn)輔助電源的身影。C3M / E3M 系列額定工作結(jié)溫為 -55 °C 至 +175 °C，使得其適用于極端溫度條件。C3M0900170D、C3M0900170J 和 E3M0900170D 均通過(guò) THB-80 (HV-H3TRB) 測(cè)試，其測(cè)試條件為85% 濕度、85 °C 環(huán)境溫度下施加1360 V 阻斷電壓進(jìn)行持續(xù) 1000 小時(shí)的測(cè)試。

在討論半導(dǎo)體在不同應(yīng)用中的耐受性時(shí)，必須考慮宇宙輻射引起的失效率（FIT）。Wolfspeed C3M / E3M 系列通過(guò)改進(jìn)器件設(shè)計(jì)和減小芯片尺寸，進(jìn)一步降低了舊有 C2M 系列本已很低的失效率（FIT）。與上一代相比，使用 Wolfspeed 第三代器件的典型 1200 V母線電壓反激電路在海平面連續(xù)運(yùn)行 10 年后，失效率（FIT） 降低了 65%。

啟動(dòng)碳化硅系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)資源

Wolfspeed 在為工程師提供設(shè)計(jì)支持方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位，而新推出的 1700 V 系列部件亦不例外。請(qǐng)查看下面的資源，使用這一新的 C3M / E3M 系列 900 mΩ 1700 V 器件加速您的設(shè)計(jì)。

CRD-020DD17P-J 參考設(shè)計(jì)：20 W 60 - 1000 V 輸入?yún)⒖荚O(shè)計(jì)，其中完整的設(shè)計(jì)文件可供下載。更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，

https://www.wolfspeed.com/products/power/reference-designs/crd-020dd17p-j/

KIT-CRD-025DD17P-J 評(píng)估板：25 W 60 - 1000 V 輸入評(píng)估板（帶設(shè)計(jì)文件）。該評(píng)估板采用與上述參考設(shè)計(jì)類(lèi)似的電路，但布局更簡(jiǎn)單，以方便在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試和原型設(shè)計(jì)。更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，

https://www.wolfspeed.com/products/power/evaluation-kits/kit-crd-025dd17p-j/

器件模型：PLECS 和 SPICE 模型可供下載，幫助在測(cè)試之前進(jìn)行仿真工作。更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，

https://www.wolfspeed.com/tools-and-support/power/ltspice-and-plecs-models/

產(chǎn)品樣品：敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的網(wǎng)站，申請(qǐng)樣品，以開(kāi)始您的設(shè)計(jì)，或在您現(xiàn)有的產(chǎn)品中試用樣品，以評(píng)估性能。更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，

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功率應(yīng)用在線討論平臺(tái)：加入我們的技術(shù)社區(qū)，就您在設(shè)計(jì)中遇到的任何問(wèn)題或面臨的任何挑戰(zhàn)咨詢(xún)我們的碳化硅專(zhuān)家。更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，

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關(guān)于 Wolfspeed 1700V 碳化硅 MOSFET 更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，

https://www.wolfspeed.com/products/power/sic-mosfets/1700v-silicon-carbide-mosfets/

英文原文鏈接如下，

https://www.wolfspeed.com/knowledge-center/article/reimagine-auxiliary-power-supply-system-durability-cost-with-wolfspeed-1700v-mosfet-technology/