Promet vsak dan vpliva na življenja ljudi in blaga tako, da jih premika iz točke A v točko B. Prekinitev takšnega sistema bi imela kaskadni učinek.
Microchip Technology Inc.
Avtorji: Xuning Zhang, Tomas Krecek in Nitesh Satheesh
Zlasti vlaki so izpostavljeni različnim vremenskim vplivom, ki lahko vplivajo na elektroniko, ki se uporablja v njih. Zato je pomembno, da razvijalci prometnih sistemov upoštevajo parametre, ki običajno niso predstavljeni v podatkovnih listih. To je še toliko bolj pomembno v primeru močnostne elektronike s širokim pasovnim razponom, kot je silicijev karbid (SiC), ki je relativno nov material za takšno uporabo.
SiC napajalne naprave družbe Microchip Technology so robustne, vzdržljive in primerne za zahtevne aplikacije na področju transporta. Močan nabor standardnih in prilagojenih možnosti pakiranja strankam zagotavlja prilagodljivost pri oblikovanju. Digitalni programirljivi gonilniki vrat, ki so na voljo v obliki plug-and-play na plošči tiskanega vezja (TIV) ali gonilnikov jedra, inženirjem zagotavljajo orodja za optimizacijo delovanja sistema in prilagoditev sistema aplikaciji z minimalnimi spremembami strojne opreme.
Vzdržljivost SiC MOSFET-ov v različnih pogojih je bistvena za pomožne močnostne naprave (APU), ki napajajo tako običajne kot tudi zasilne obremenitve. Preveriti je treba naslednje: 1) stabilnost in življenjsko dobo oksida na vratih MOSFET-a; 2) stabilnost diode v ohišju MOSFET-a; in 3) ukrepe za vzdržljivost ob okvari, kot je odpornost na plazovitost.
Stabilnost in življenjska doba MOSFET oksidnih vrat
Da bi zagotovili stabilno delovanje pretvornika električne energije, morajo imeti napajalne naprave minimalen premik napetosti praga in zanesljivo delovanje naprave v celotni življenjski dobi pretvornika.
Slika 1 prikazuje, kako se podatki o Vth za SiC MOSFET-e proizvodnega razreda po 1.000 urah obremenitve pri 175 C ne bi smeli bistveno spremeniti.
Življenjsko dobo oksidnih vrat lahko predvidimo s pospeševanjem vzorcev do okvare z uporabo povišane temperature in električnega polja. Proizvodna različica SiC MOSFET z oksidom na vratih lahko pri visokih obremenitvah zdrži precej več kot 100 let, kar zagotavlja zaupanje v rutinsko in zanesljivo delovanje APU tudi po predvideni življenjski dobi.
Stabilnost vgrajene diode
SiC MOSFET lahko prevaja povratni tok s pomočjo vgrajene diode. V primerjavi z rešitvijo z bipolarnim tranzistorjem z izoliranimi vrati (IGBT) uporaba SiC MOSFET-a s vgrajeno diodo v ohišju poveča zanesljivost in zmanjša stroške z odpravo antiparalelne diode. Vendar se zanesljivost diode v ohišju pri različnih dobaviteljih zelo razlikuje.
V nekaterih napravah se ta dioda sčasoma poslabša, kar povzroči povečan RDSon in več toplote, kot je bilo načrtovano. Slika 2 (levo) prikazuje krivulje I-V vgrajene diode in upor ponor-vir MOSFET-a v stanju ON (RDSon) po več urah konstantne obremenitve z napredujočim tokom. Preskušane naprave podjetja Microchip ne kažejo zaznavnega premika.
Robustnost pri pojavu plazovitosti
Prometni APU so dovzetni za različne okvare, zato so potrebni SiC MOSFET-i, ki so zasnovani za varno in zanesljivo delovanje med temi dogodki ter ohranjanje doslednega delovanja pred in po okvari. Ena od ključnih zahtev je odpornost na plazovitost. Vzrok za plaz napajalne naprave je lahko zelo pogosto nedušeno preklapljanje induktivnih bremen. Obremenitveni tok nenadoma preobremeni MOSFET, zaradi česar se napetost ponor-vir dvigne do preboja.
Za razliko od kratkega stika, MOS kanali niso okrepljeni; plazoviti tok preplavi rob rezine in hitro pripelje napravo do njenih toplotnih omejitev. Plazoviti pojav je za močnostne polprevodnike resen zaradi možnega poslabšanja življenjske dobe zaradi električnih in pregrevalnih obremenitev. Za oceno plazovite odpornosti naprave se uporablja ponavljajoče se preklapljanje nedušenega induktivnega bremena (R-UIS).
Slika 2 (desno) prikazuje časovno odvisen dielektrični preboj (TDDB) za komercialne SiC MOSFET-e pred in po 100.000 ciklih R-UIS. Številni dobavitelji ohranjajo trdnost oksidov, vendar zmožnost Microchipovih SiC MOSFET-ov z do štirikrat večjo žilavostjo skupaj s stabilnostjo RDSon in uhajanjem toka na vir-ponor krepi sposobnost SiC MOSFET-ov za varno krmiljenje skozi najzahtevnejše pogoje električne preobremenitve.
Povpraševanje po pametnih/inteligentnih gonilnikih vrat
Ker gonilnik vrat predstavlja vmesnik (zelo pogosto galvansko ločen) med visokonapetostno in nizkonapetostno stranjo, poleg tega pa tudi zanesljiv nadzor vrat, spremljanje in številne druge varnostne funkcije, je v vseh pogojih in/ali okoliščinah eden najpomembnejših podsistemov z vidika zmogljivosti in zanesljivosti.
V normalnih pogojih delovanja gonilnik vrat sledi signalom gostiteljskega krmilnika za vklop/izklop močnostnega polprevodnika. Pretvorniki zahtevajo gonilnike vrat z nastavljivim mrtvim časom, tako da gonilnik vrat zagotavlja dovolj časa (mrtvi čas) za obnovitev blokirne sposobnosti izklopljene naprave. Napetost, ki se priključi na vrata za vklop močnostnega polprevodniškega stikala, vpliva na RDSon in je zato še en pomemben parameter za zmanjšanje prevodnih izgub.
Končno, upori na vratih določajo hitrost stikalnih časov in s tem čas, ki ga potrebuje močnostni polprevodnik, da se vklopi ali izklopi. Razvojniki pogosto optimizirajo te parametre glede na različne zahteve.
Zanesljivost pomeni tudi zaščito pretvornika pred napakami, ki so lahko v najslabšem primeru uničujoče. Preprosto je mogoče gonilnikom vrat dodeliti veliko parametrov in lastnosti, kar nakazuje vprašanje, ali lahko imamo zanesljive gonilnike, ki jih je mogoče konfigurirati s programsko opremo, kot na sliki 3 (desno), namesto s strojno opremo?
Družina Microchipovih digitalnih programirljivih gonilnikov vrat, kot je tisti na sliki 3 (levo), razvijalcem omogoča popolno prilagodljivost pri prilagajanju parametrov glede na aplikacijo, profil obremenitve ali druge posebne zahteve.
Poleg tega ponujajo povratne informacije o napakah, ki so lahko koristne pri diagnosticiranju napak. Družina Microchipovih digitalnih gonilnikov vrat omogoča osnovno merjenje napetosti in temperature na enosmerni napetosti. Kratek stik v močnostnih pretvornikih lahko postane uničujoč, če ni ustrezno upravljan.
Zaščita s pomočjo Microchipovega patentiranega povečanega preklopa omejuje previsok tok s hitrejšim zaznavanjem napake in omejuje prenapetost z upravljanjem izklopa z večstopenjsko krmilno napetostjo vrat.
SiC zagotavlja nešteto prednosti na področju železniške vleke.
Microchipov SiC [1] pri izpolnjevanju zahtevnih aplikacijskih zahtev za železniško vleko močno presega podatkovni list.
Vir:
1: https://bit.ly/3ziA6j6
Opomba: Ime in logotip Microchip sta registrirani blagovni znamki podjetja Microchip Technology Incorporated v ZDA in drugih državah. Vse druge blagovne znamke, ki so morda tu omenjene, so last njihovih podjetij.
