วิธีการออกแบบใน SiC MOSFET เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ EV Traction Inverter

วิศวกรต้องเผชิญกับการแลกเปลี่ยนระหว่างประสิทธิภาพและช่วงของรถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่ (EVs) การเร่งความเร็วที่เร็วขึ้นและความเร็วการล่องเรือที่สูงขึ้นต้องหยุดชาร์จบ่อยครั้งและใช้เวลานานขึ้น อีกทางหนึ่ง ระยะที่ไกลขึ้นทำให้ต้องเสียสมาธิมากขึ้น เพื่อเพิ่มระยะทาง ในขณะที่ยังช่วยให้ผู้ขับขี่มีสมรรถนะสูงขึ้น วิศวกรจำเป็นต้องออกแบบชุดขับเคลื่อนเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานแบตเตอรี่จะถูกส่งไปยังล้อขับเคลื่อนให้ได้มากที่สุด สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันก็คือความจำเป็นในการทำให้รถไฟขับเคลื่อนมีขนาดเล็กพอที่จะอยู่ในข้อจำกัดของรถ ความต้องการแบบคู่แฝดนี้ต้องการส่วนประกอบที่มีประสิทธิภาพสูงและมีความหนาแน่นของพลังงานสูง

องค์ประกอบหลักในระบบขับเคลื่อน EV คืออินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายแรงดันไฟสามเฟส (หรือ “อินเวอร์เตอร์ฉุด”) ซึ่งจะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของแบตเตอรี่เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่จำเป็นสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าของรถยนต์ การสร้างอินเวอร์เตอร์ฉุดที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญในการลดการแลกเปลี่ยนระหว่างประสิทธิภาพและช่วง และหนึ่งในเส้นทางหลักในการปรับปรุงประสิทธิภาพคือการใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบ Wide bandgap (WBG) ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) อย่างเหมาะสม

บทความนี้อธิบายบทบาทของอินเวอร์เตอร์ฉุด EV จากนั้นจะอธิบายว่าการออกแบบยูนิตด้วยทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ของสารกึ่งตัวนำไฟฟ้า SiC ของ SiC (MOSFET) สามารถให้ไดรฟ์ EV ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วแบบฉนวนหุ้ม (IGBT) บทความสรุปด้วยตัวอย่างของอินเวอร์เตอร์ฉุดที่ใช้ SiC MOSFET และเคล็ดลับการออกแบบเกี่ยวกับวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของหน่วย

อินเวอร์เตอร์ฉุดคืออะไร?

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแรงฉุดของ EV จะแปลงกระแสไฟตรงจากแบตเตอรี่แรงสูง (HV) ของรถให้เป็นกระแสไฟ AC ที่มอเตอร์ไฟฟ้าต้องการเพื่อสร้างแรงบิดที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนย้ายรถ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากมีผลกระทบอย่างมากต่อการเร่งความเร็วของรถและระยะการขับขี่

อินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากร่วมสมัยขับเคลื่อนโดยระบบแบตเตอรี่ HV 400 โวลต์หรือมากกว่านั้นคือการออกแบบ 800 โวลต์เมื่อเร็ว ๆ นี้ ด้วยกระแสอินเวอร์เตอร์ฉุด 300 แอมแปร์ (A) หรือมากกว่า อุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนโดยระบบแบตเตอรี่ 800 โวลต์สามารถส่งพลังงานได้มากกว่า 200 กิโลวัตต์ (kW) เมื่อกำลังเพิ่มขึ้น ขนาดของอินเวอร์เตอร์ก็หดตัวลง ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก

รถยนต์ไฟฟ้าที่มีระบบแบตเตอรี่ 400 โวลต์ต้องใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบฉุดลากที่มีอุปกรณ์กึ่งตัวนำกำลังไฟฟ้าอยู่ในช่วง 600 ถึง 750 โวลต์ ในขณะที่รถยนต์ขนาด 800 โวลต์ต้องใช้อุปกรณ์กึ่งตัวนำที่มีพิกัดอยู่ในช่วง 900 ถึง 1200 โวลต์ ส่วนประกอบกำลังไฟฟ้าที่ใช้ใน Traction Inverter จะต้องสามารถจัดการกับกระแสไฟ AC สูงสุดที่มากกว่า 500 A เป็นเวลา 30 วินาที และกระแสไฟ AC สูงสุดที่ 1600 A เป็นเวลา 1 มิลลิวินาที (ms) นอกจากนี้ ทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งและตัวขับเกทที่ใช้สำหรับอุปกรณ์จะต้องสามารถจัดการกับโหลดขนาดใหญ่เหล่านี้ได้ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ที่มีแรงฉุดสูง (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1: ข้อกำหนดทั่วไปของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าฉุดลาก 2021 ความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้น 250% เมื่อเทียบกับปี 2552 (ที่มาของภาพ: Steven Keeping)

อินเวอร์เตอร์ฉุดโดยทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบฮาล์ฟบริดจ์สามองค์ประกอบ (สวิตช์ด้านสูงและด้านต่ำ) หนึ่งส่วนสำหรับแต่ละเฟสของมอเตอร์ โดยมีตัวขับเกตควบคุมการสลับด้านต่ำของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว ส่วนประกอบทั้งหมดจะต้องถูกแยกด้วยไฟฟ้าจากวงจรไฟฟ้าแรงต่ำ (LV) ที่จ่ายไฟให้กับระบบที่เหลือของรถ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: EV ต้องใช้อินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายแรงดันไฟสามเฟส (อินเวอร์เตอร์ฉุด) เพื่อแปลงพลังงานแบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูง (HV) DC เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มอเตอร์ไฟฟ้าของรถยนต์ต้องการ ระบบ HV รวมถึง Traction Inverter แยกออกจากระบบ 12 โวลต์ทั่วไปของรถยนต์ (ที่มาของภาพ: ON Semiconductor)

สวิตช์ในตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ 1 คือ IGBT สิ่งเหล่านี้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับอินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากเนื่องจากสามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าสูง สลับอย่างรวดเร็ว ให้ประสิทธิภาพที่ดีและมีราคาไม่แพงนัก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนของ SiC power MOSFETs ลดลงและมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มากขึ้น วิศวกรจึงหันมาใช้ส่วนประกอบเหล่านี้เนื่องจากข้อได้เปรียบที่โดดเด่นเหนือ IGBT

ข้อดีของ SiC MOSFET สำหรับไดรเวอร์เกทที่มีประสิทธิภาพสูง

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่สำคัญของ SiC power MOSFET เหนือ MOSFET แบบซิลิคอน (Si) และ IGBT มาจากสารตั้งต้นเซมิคอนดักเตอร์ WBG ของอุปกรณ์ Si MOSFETs มีพลังงาน bandgap เท่ากับ 1.12 อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) เมื่อเทียบกับ SiC MOSFETs 3.26 eV นั่นหมายความว่าทรานซิสเตอร์ WBG สามารถทนต่อแรงดันพังทลายที่สูงกว่าอุปกรณ์ Si ได้มาก เช่นเดียวกับแรงดันสนามพังทลายที่เกิดขึ้นมากกว่า Si ประมาณสิบเท่า แรงดันไฟสนามพังทลายสูงช่วยลดความหนาของอุปกรณ์สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด โดยลดความต้านทาน "เปิด" (R_DS(ON) ) และลดการสูญเสียจากสวิตชิ่งและเพิ่มความสามารถในการรองรับกระแสไฟ

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ SiC คือการนำความร้อน ซึ่งสูงกว่า Si ประมาณสามเท่า ค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้นส่งผลให้อุณหภูมิทางแยกเล็กลง (T_j) เพิ่มขึ้นสำหรับการกระจายพลังงานที่กำหนด SiC MOSFET ยังสามารถทนต่ออุณหภูมิทางแยกสูงสุด (T_j(max)) สูงกว่า Si T ทั่วไป_j(max) ค่า Si MOSFET คือ 150˚C; อุปกรณ์ SiC สามารถทนต่อ T_j(max) สูงถึง 600˚C แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์เชิงพาณิชย์จะได้รับการจัดอันดับที่ 175 ถึง 200˚C ตารางที่ 2 แสดงการเปรียบเทียบคุณสมบัติระหว่าง Si และ 4H-SiC (รูปแบบผลึกของ SiC ที่ใช้กันทั่วไปในการผลิต MOSFET)

ตารางที่ 2: ช่องแยกย่อยของ SiC MOSFET การนำความร้อนและอุณหภูมิทางแยกสูงสุดทำให้เป็นทางเลือกที่ดีกว่า Si สำหรับการใช้งานสวิตช์กระแสสูงและแรงดันสูง (แหล่งรูปภาพ: ON Semiconductor)

แรงดันพังทลายสูง R_DS(ON), การนำความร้อนสูงและ T_j(max) สูง ทำให้ SiC MOSFET สามารถจัดการกับกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า Si MOSFET ที่มีขนาดใกล้เคียงกันมาก

IGBT ยังสามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟสูงและมีแนวโน้มที่จะมีราคาถูกกว่า SiC MOSFET ซึ่งเป็นเหตุผลสำคัญที่พวกเขาพบว่าชอบในการออกแบบอินเวอร์เตอร์แบบฉุดลาก ข้อเสียของ IGBT โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนักพัฒนาต้องการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด เป็นการจำกัดความถี่ในการทำงานสูงสุดเนื่องจาก "กระแสไฟไหลผ่าน" และการปิดเครื่องค่อนข้างช้า ในทางตรงกันข้าม SiC MOSFET สามารถจัดการกับการสลับความถี่สูงได้เทียบเท่ากับ Si MOSFET แต่ด้วยความสามารถในการจัดการแรงดันและกระแสของ IGBT

ความพร้อมใช้งานของ SiC MOSFETs ที่กว้างขึ้น

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ราคา SiC MOSFET ที่ค่อนข้างสูงได้จำกัดการใช้งานเฉพาะอินเวอร์เตอร์ฉุดสำหรับ EV หรูหรา แต่ราคาที่ลดลงทำให้ SiC MOSFET กลายเป็นตัวเลือกสำหรับความหลากหลายที่มากขึ้น

สองตัวอย่างของ MOSFET พลังงาน SiC รุ่นใหม่นี้มาจากON Semiconductor : NSNTBG020N090SC1 และNTBG020N120SC1 ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างอุปกรณ์คืออุปกรณ์เดิมมีแรงดันพังทลายแบบเดรนไปยังแหล่งกำเนิดสูงสุด (V_(BR)DSS) ที่ 900 โวลต์ โดยมีแรงดันเกต-ทู-ซอร์ส (V_GS) ของ 0 โวลต์และกระแสไฟไหลออกอย่างต่อเนื่อง (I_D) ที่ 1 มิลลิแอมป์ (mA) ในขณะที่ตัวหลังมี V สูงสุด_(BR)DSS ที่ 1200 โวลต์ (ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน) T_j สูงสุด สำหรับอุปกรณ์ทั้งสองคือ175˚C อุปกรณ์ทั้งสองเป็น MOSFET N-channel เดียวในแพ็คเกจ D2PAK-7L (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: NTBG020N090SC1 และ NTBG020N120SC1 N-channel SiC power MOSFET ทั้งคู่มาในแพ็คเกจ D2PAK-7L และแตกต่างกันในหลัก V_(BR)DSS ค่า 900 และ 1200 โวลต์ ตามลำดับ (ที่มาของรูปภาพ: Steven Keeping โดยใช้วัสดุจาก ON Semiconductor)

NTBG020N090SC1 มี R_DS(ON) 20 มิลลิโอห์ม (mΩ) ด้วย V_GS 15 โวลต์ (I_D= 60 A, T_j = 25˚C) และ R_DS(ON)ที่ 16 mΩ ด้วย V_GS18 โวลต์ (I_D = 60 A, T_j= 25˚C) กระแสไปข้างหน้าไดโอดแหล่งระบายน้ำต่อเนื่องสูงสุด (I_SD ) คือ 148 A (V_GS = −5 โวลต์, T_NS = 25˚C) และกระแส drain−source diode forward พัลซิ่งสูงสุด (I_SDM) คือ 448 A (V_GS= −5 โวลต์, T_j= 25˚C) NTBG020N120SC1 มี R_DS(ON) 28 mΩ ที่ V_GS ของ 20 โวลต์ (I_D= 60 A, T_j= 25˚C) I_SD สูงสุด คือ 46 A (V_GS= −5 โวลต์, T_j = 25˚C) และ I_SDM สูงสุด คือ 392 A (V_GS= −5 โวลต์, T_่j= 25˚C)

การออกแบบด้วย SiC MOSFETs

แม้จะมีข้อดี นักออกแบบที่ต้องการรวม SiC MOSFET เข้ากับการออกแบบอินเวอร์เตอร์ฉุดควรตระหนักถึงความซับซ้อนที่สำคัญ ทรานซิสเตอร์มีข้อกำหนดในการขับเกทที่ยุ่งยาก ความท้าทายเหล่านี้บางส่วนเกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ Si MOSFET แล้ว SiC MOSFET มีการทรานส์คอนดักเตอร์ที่ต่ำกว่า ความต้านทานเกทภายในที่สูงขึ้น และเกณฑ์การเปิดเกทอาจน้อยกว่า 2 โวลต์ ด้วยเหตุนี้ ประตูจะต้องถูกดึงลงใต้พื้นดิน (โดยทั่วไปจะอยู่ที่ -5 โวลต์) ระหว่างสภาวะปิดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสลับที่เหมาะสม

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายของไดรฟ์ประตูคีย์เกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่า V_GS ค่าสูง (ไม่เกิน 20 โวลต์) ต้องใช้เพื่อให้แน่ใจว่า R_DS(ON) ต่ำ การใช้งาน SiC MOSFET ที่ V_GS ที่ต่ำเกินไปอาจส่งผลให้เกิดความเครียดจากความร้อนหรือแม้กระทั่งความล้มเหลวเนื่องจากการกระจายพลังงาน (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: สำหรับ NTBG020N090SC1 SiC MOSFET ค่า V_GS สูง จะต้องหลีกเลี่ยงความเครียดจากความร้อนจาก R_DS(ON) (แหล่งรูปภาพ: ON Semiconductor)

ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจาก SiC MOSFET เป็นอุปกรณ์ที่มีอัตราขยายต่ำ ผู้ออกแบบต้องคำนึงถึงผลกระทบที่มีต่อลักษณะไดนามิกที่สำคัญอื่น ๆ อีกหลายประการเมื่อออกแบบวงจรไดรฟ์เกท ลักษณะเหล่านี้รวมถึงเกทชาร์จที่ราบสูงมิลเลอร์และข้อกำหนดสำหรับการป้องกันกระแสเกิน

ความยุ่งยากในการออกแบบเหล่านี้ต้องการไดรเวอร์เกทเฉพาะที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ความสามารถในการให้ V_GS ขับ -5 ถึง 20 โวลต์เพื่อใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพ SiC MOSFET อย่างเต็มที่ เพื่อให้ค่าโสหุ้ยเพียงพอกับความต้องการนี้ วงจรขับเกทควรจะสามารถทนต่อ V_DD = 25 โวลต์และ V_EE = -10 โวลต์ ได้
• V_GS ต้องมีขอบขึ้นและลงอย่างรวดเร็วในลำดับไม่กี่นาโนวินาที (ns)
• ไดรฟ์เกทต้องสามารถจ่ายกระแสไฟเกตพีคสูงตามลำดับแอมแปร์หลายตัว ทั่วทั้งบริเวณที่ราบสูง MOSFET Miller
• พิกัดกระแสของซิงก์ควรเกินความต้องการเพียงแค่ปล่อยความจุอินพุตของ SiC MOSFET ค่าพิกัดกระแสไฟสูงสุดต่ำสุดที่ 10 A ควรพิจารณาสำหรับโทโพโลยีกำลังแบบฮาล์ฟบริดจ์ที่มีประสิทธิภาพสูง
• ความเหนี่ยวนำกาฝากต่ำสำหรับการสลับความเร็วสูง
• แพ็คเกจไดรเวอร์ขนาดเล็กสามารถอยู่ใกล้กับ SiC MOSFET มากที่สุด และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน
• ฟังก์ชัน desaturation (DESAT) ที่สามารถตรวจจับ รายงานข้อผิดพลาด และป้องกันเพื่อการทำงานที่เชื่อถือได้ในระยะยาว
• AV_DD undervoltage lockout (UVLO) ที่ตรงกับข้อกำหนดที่ V_GS > 16 โวลต์ก่อนเริ่มสวิตช์
• V_EE ความสามารถในการตรวจสอบ UVLO เพื่อให้แน่ใจว่ารางแรงดันลบอยู่ภายในช่วงที่ยอมรับได้

ON Semiconductor ได้แนะนำตัวขับเกทที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ในการออกแบบอินเวอร์เตอร์ฉุด NSNCP51705MNTXG ไดรเวอร์เกท SiC MOSFET มีการรวมระดับสูงทำให้เข้ากันได้กับ SiC MOSFET ของพวกเขาไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไดรเวอร์จากผู้ผลิตที่หลากหลาย อุปกรณ์นี้มีฟังก์ชันพื้นฐานมากมายที่ใช้ได้ทั่วไปสำหรับไดรเวอร์เกททั่วไป แต่ยังมีคุณสมบัติข้อกำหนดเฉพาะที่จำเป็นสำหรับการออกแบบวงจรไดรฟ์เกท SiC MOSFET ที่เชื่อถือได้โดยใช้ส่วนประกอบภายนอกเพียงเล็กน้อย

ตัวอย่างเช่น NCP51705MNTXG รวมฟังก์ชัน DESAT ที่สามารถใช้งานได้โดยใช้ส่วนประกอบภายนอกเพียงสองตัว DESAT เป็นรูปแบบของการป้องกันกระแสเกินสำหรับ IGBT และ MOSFET เพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดโดยที่ V_DS สามารถเพิ่มขึ้นได้สูงสุด I_NS . สิ่งนี้สามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพ และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด อาจทำให้ MOSFET เสียหายได้ รูปที่ 4 แสดงให้เห็นว่า NCP51750MNTXG ตรวจสอบ V_DS ของ MOSFET (Q1) ผ่านพิน DESAT ผ่าน R1 และ D1 อย่างไร

รูปที่ 4: ฟังก์ชัน DESAT ของ NCP51705MNTXG วัดค่า V_DS สำหรับพฤติกรรมผิดปกติในช่วงระยะเวลา I_NS สูงสุด และใช้การป้องกันกระแสเกิน (แหล่งรูปภาพ: ON Semiconductor)

ไดรเวอร์เกท NCP51705MNTXG ยังมี UVLO ที่ตั้งโปรแกรมได้ นี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญเมื่อขับ SiC MOSFET เนื่องจากเอาต์พุตของส่วนประกอบการสลับควรถูกปิดใช้งานจนถึง V_DD อยู่เหนือเกณฑ์ที่ทราบ อนุญาตให้คนขับเปลี่ยน MOSFET ที่ V_DD ต่ำ อาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ UVLO ที่ตั้งโปรแกรมได้ของ NCP51705MNTXG ไม่เพียงแต่ปกป้องโหลด แต่ยังตรวจสอบกับคอนโทรลเลอร์ว่า V_DD ที่ใช้ อยู่เหนือเกณฑ์การเปิด-ปิด เกณฑ์เปิด UVLO ถูกตั้งค่าด้วยตัวต้านทานตัวเดียวระหว่าง UVSET และ SGND (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: ขีดจำกัดการเปิด-ปิด UVLO สำหรับ NCP51705MNTXG SiC MOSFET ถูกกำหนดโดยตัวต้านทาน UVSET, R_UVSET ซึ่งถูกเลือกตามแรงดันไฟเปิด UVLO ที่ต้องการ V_ON (แหล่งรูปภาพ: ON Semiconductor)

การแยกดิจิตอลสำหรับอินเวอร์เตอร์ฉุด

เพื่อให้การออกแบบอินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากเสร็จสมบูรณ์ วิศวกรต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าด้าน LV ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของรถยนต์นั้นแยกออกจากแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟสูงที่ไหลผ่านอินเวอร์เตอร์ (รูปที่ 2 ด้านบน) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไมโครโปรเซสเซอร์ที่ควบคุมไดรเวอร์เกท HV อยู่ที่ด้าน LV การแยกใด ๆ ต้องยอมให้มีการส่งสัญญาณดิจิทัลจากไมโครโปรเซสเซอร์ไปยังไดรเวอร์เกท ON Semiconductor ยังมีส่วนประกอบสำหรับฟังก์ชันนี้ ,NCID9211R2 , เครื่องแยกดิจิตอลเซรามิกแบบสองช่องสัญญาณความเร็วสูงแบบสองทิศทาง

NCID9211R2 เป็นเครื่องแยกสัญญาณดิจิตอลฟูลดูเพล็กซ์ที่แยกทางไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้สัญญาณดิจิตอลสามารถผ่านระหว่างระบบได้โดยไม่ต้องใช้กราวด์หรือแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตราย อุปกรณ์นี้มีฉนวนป้องกันการทำงานสูงสุด 2,000 โวลต์_{จุดสูงสุด}, 100 กิโลโวลต์/มิลลิวินาที (kV/ms) การปฏิเสธในโหมดทั่วไป และอัตราการส่งข้อมูล 50 เมกะบิตต่อวินาที (Mbit/s)

ตัวเก็บประจุเซรามิกแบบปิดชิปสร้างอุปสรรคการแยกดังแสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 6: บล็อกไดอะแกรมที่แสดงช่องสัญญาณเดียวของตัวแยกดิจิตอล NCID9211R2 ตัวเก็บประจุแบบ off-chip เป็นตัวกั้นการแยก (แหล่งรูปภาพ: ON Semiconductor)

สัญญาณดิจิตอลจะถูกส่งผ่านอุปสรรคการแยกโดยใช้การมอดูเลต ON-OFF keying (OOK) ทางด้านเครื่องส่ง V_IN สถานะลอจิกอินพุตถูกมอดูเลตด้วยสัญญาณพาหะความถี่สูง สัญญาณที่ได้จะถูกขยายและส่งไปยังแผงกั้นการแยก ฝั่งเครื่องรับจะตรวจจับสัญญาณกั้นและจำลองสัญญาณโดยใช้เทคนิคการตรวจจับซองจดหมาย (รูปที่ 7) สัญญาณเอาท์พุตกำหนด V_O สถานะลอจิกเอาต์พุตเมื่อเอาต์พุตเปิดใช้งานการควบคุม EN สูง วี_อู๋ ค่าเริ่มต้นเป็นสถานะต่ำอิมพีแดนซ์สูงเมื่อแหล่งจ่ายไฟของเครื่องส่งสัญญาณปิดอยู่ หรือ V_IN อินพุตถูกตัดการเชื่อมต่อ

รูปที่ 7: ตัวแยกสัญญาณดิจิตอล NCID9211 ใช้การมอดูเลต OOK เพื่อส่งข้อมูลดิจิทัลข้ามอุปสรรคการแยก (แหล่งรูปภาพ: ON Semiconductor)

สรุป

SiC power MOSFETs เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับอินเวอร์เตอร์ฉุดลากที่มีประสิทธิภาพสูงและมีกำลังสูงสำหรับ EVs แต่ลักษณะทางไฟฟ้าของพวกมันนำมาซึ่งความท้าทายในการออกแบบที่ไม่เหมือนใครในส่วนที่เกี่ยวกับตัวขับเกทและการป้องกันอุปกรณ์ นอกเหนือจากความท้าทายในการออกแบบแล้ว วิศวกรยังต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการออกแบบอินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากของพวกเขามีการแยกระดับสูงจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ LV ที่มีความละเอียดอ่อนของรถยนต์

ดังที่แสดง เพื่อช่วยให้การพัฒนาทางวิศวกรรมง่ายขึ้น ON Semiconductor ขอเสนอ SiC MOSFET ไดรเวอร์เกทแบบพิเศษ และตัวแยกแบบดิจิทัลในแบบต่าง ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของอินเวอร์เตอร์แบบฉุดลาก และสร้างสมดุลที่ดีขึ้นระหว่างระยะยาวและประสิทธิภาพสูงสำหรับ EVs สมัยใหม่