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制約钱柜官网登录网站頻率提升的局限是什麽?

发布时间:2020-05-26 11:15人氣:
  制約钱柜官网登录网站頻率提升的局限是什麽?
中小功率场合,我理解为0-10kW, 高频理解为1-3Mhz。钱柜官网登录网站厂家钱柜最新官网网站科技在研究超高频20Mhz的开关电路,但是由于功率仅局限于20W之内,所以不再讨论的话题之内(真实原因是我不懂,哈哈)。 
钱柜官网登录网站廠家對于將頻率提升特別謹慎,在高頻狀態下,寄生參數帶來的不確定性尤其難以預測,以下是美國MPS的MP2160,其頻率高達3.5M,堪稱DC-DC領域的跑車。
 
類似于在微電子産業中著名的摩爾定律,從1970年開始,電力電子變換器的功率密度大約每十年增加一倍。這和功率半導體發展的軌迹密切相關,受益于矽器件封裝和溝道結構不斷的發展,開關頻率已經推到了兆赫茲級別,被動元件的體積不斷減小,變換器提高了功率密度,但是高開關頻率帶來的高開關損耗、高磁芯損耗使得整個系統損耗大幅增加,散熱系統也隨之增加,所以現在阻礙電力電子變換器功率密度進一步提高的技術屏障在散熱系統和高頻電磁設計,以及先進的功率集成和封裝技術。
 
爲了維持這個功率密度的發展速度,很多電力電子前沿研究已經轉移到散熱基板研究,被動元件集成等方面的研究。就算現在把開關頻率提到很高,功率密度也是被這些因素制約的。
    下面我稍微展开来说下: 
    1.开关损耗 开关损耗确实是限制因素之一,但是氮化镓器件的推出已经让开关损耗在1-3Mhz这个范围内变得可以接受,我下面附一张图片,这是三家公司推出的650V的GaN device,可以看出最好的管子开通损耗已经4uJ,关断损耗在8uJ(测试条件在400V, 12A),还有一家叫RFMD的公司,其650V的管子基本可以和Transphorm平齐。而同电压电流等级的硅器件很多管子都还在以mJ为单位。    下面在贴出一张低压氮化镓和硅器件的比较,可以看出,总体来说,驱动损耗也会变得很小。
 
還有一點很重要,寬禁帶半導體的工作結溫很高,以目前的工藝來說,Sic的結溫可以工作到200°,氮化镓可以工作到150°。而矽器件呢,我覺得最多100°就不得了。結溫高,意味著相同損耗下,需要給寬禁帶半導體設計的散熱器表面積要小很多,何況寬禁帶半導體的損耗本身還小。
    但是开关频率的提高,往往只能使用QFN或者其他一些表贴器件减少封装寄生参数,这给散热系统带来了极大的挑战,原来To封装可以加散热器,减少到空气对流的热阻,而现在不行了。所以如果想在高频下工作,第一问题就是解决散热,把高开关损耗导出去,尤其是在kW级别,散热系统非常重要。现在学界解决这个问题的手段偏向于把器件做成独立封装,采用一种叫DCB的技术,用陶瓷基板散热,器件从陶瓷上表面到下表面的热阻基本为0.4°C/W(有些人也用metal core PCB, 但是要加绝缘层,热阻一般在4°C/W),而FR4为20°C/W。
總結一下,半導體不斷在發展,開關損耗也在顯著下降,而封裝越來越小,現在來看,钱柜最新官网网站要做的是怎麽把那些熱量從那麽小的表貼封裝下散出去。
    热处理可以通过数学建模搭建热平台来进行西医式地解决,这一点在老艾默生,华为与麦格米特是做得比较好的。通俗地描述“热处理”,就是去火。钱柜官网登录网站功率密度越来越大是一个趋势,另外一个趋势是标准化、模块化。     
 
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