कई तकनीकी तरीकों का उपयोग करके एसएमपीएस दक्षता का अनुकूलन

स्विच मोड पावर सप्लाई (एसएमपीएस) की दक्षता और मजबूती उन्हें विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) चार्जिंग स्टेशन, सौर इन्वर्टर,और औद्योगिक मोटर ड्राइवहालांकि, उच्च परिचालन वोल्टेज और वर्तमान की आवश्यकता के कारण, कम प्रवाह और गर्मी हानि, और एक अधिक कॉम्पैक्ट उपस्थिति,डिजाइनरों को उन्नत सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) MOSFET तकनीक को अपनाना चाहिएइस तकनीक को एमओएस गेटेड थाइरिस्टर्स और फास्ट रिकवरी ब्रिज रेक्टिफायर के साथ सावधानीपूर्वक जोड़ा जाना चाहिए ताकि सबसे अच्छी पावर कन्वर्शन सिस्टम बनाई जा सके।

इस लेख में एसएमपीएस की आवश्यकताओं को रेखांकित करने के लिए इलेक्ट्रिक वाहनों के चार्जिंग स्टेशनों को उदाहरण के रूप में लिया गया है। फिर IXYS/Litelfuse के SiC MOSFET को पेश किया गया, उनके प्रदर्शन की जांच की गई,और कैसे विभिन्न उपकरण प्रौद्योगिकियों (प्रत्येक विशिष्ट सर्किट कार्यों के लिए अनुकूलित) एक अधिक कुशल और कॉम्पैक्ट शक्ति रूपांतरण प्रणाली बनाने के लिए संयुक्त किया गया था दिखाया गया था.

उदाहरण के रूप में सार्वजनिक इलेक्ट्रिक वाहनों के तेजी से चार्जिंग स्टेशनों का उपयोग करते हुए आधुनिक एसएमपीएस का अवलोकन
दक्षता एसएमपीएस की एक विशिष्ट विशेषता है, लेकिन आधुनिक उच्च-शक्ति अनुप्रयोग इन डिजाइनों को नई चरम सीमाओं पर धकेल रहे हैं। सार्वजनिक प्रत्यक्ष धारा (डीसी) तेजी से चार्जिंग स्टेशनों की आवश्यकताओं पर विचार करें,एक प्रतिशत की दक्षता हानि 3.5 किलोवाट बिजली की बर्बादी के बराबर है, जिससे परिचालन लागत और थर्मल भार में काफी वृद्धि होती है।

उच्च प्रदर्शन SiC MOSFET उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए कोर है। वे प्रतिरोध पर कम बनाए रखते हुए उच्च आवृत्ति स्विचिंग कर सकते हैं,छोटे निष्क्रिय घटकों के उपयोग की अनुमति देना और रूपांतरण हानि को कम करनादुर्भाग्य से, ये कारक भी SiC MOSFETs को क्षणिक वोल्टेज उछाल के प्रति संवेदनशील बनाते हैं। इसलिए, कुशल डिजाइन के लिए अक्सर अधिक उन्नत सुरक्षा योजनाओं की आवश्यकता होती है।

इसके अलावा, SiC MOSFET एक 3-स्तरीय चार्जिंग स्टेशन के हर हिस्से के लिए इष्टतम समाधान नहीं है। उदाहरण के लिए, सार्वजनिक चार्जिंग स्टेशनों को शीतलक पंपों के लिए एक सहायक बिजली प्रणाली की आवश्यकता होती है,नेटवर्क संचार, और अन्य सिस्टम कार्य। भले ही मुख्य चार्जिंग पथ बाधित हो, इन प्रणालियों को चालू रहना चाहिए। इस मामले में, उच्च विश्वसनीयता वाले सिलिकॉन (Si) डायोड डिवाइस एक बेहतर विकल्प हो सकते हैं।

डीसी फास्ट चार्जिंग स्टेशन के प्रत्येक भाग की आवश्यकताओं को समझना और उपयुक्त उपकरण प्रौद्योगिकी का सावधानीपूर्वक चयन करना आवश्यक है।

उच्च शक्ति डीसी-डीसी रूपांतरण प्राप्त करने के लिए कम प्रतिरोध सीआईसी मोस्फेट का उपयोग करना
3-स्तरीय फास्ट चार्जिंग स्टेशन का डीसी-डीसी रूपांतरण चरण आधुनिक एसएमपीएस डिजाइन के सामने आने वाली चुनौतियों को दर्शाता है।इस चरण में पारंपरिक रूप से उच्च वोल्टेज सिलिकॉन अछूता गेट द्विध्रुवीय ट्रांजिस्टर (IGBTs) या उच्च वोल्टेज सिलिकॉन कार्बाइड MOSFETs का उपयोग करना आवश्यक है. दोनों विधियों के परिणामस्वरूप दक्षता हानि होती हैः आईजीबीटी में उच्च स्विचिंग हानि होती है, जबकि कुछ शुरुआती सीआईसी एमओएसएफईटी में अपेक्षाकृत उच्च प्रवाहकता हानि होती है। उदाहरण के लिए,कुछ प्रारंभिक उच्च वोल्टेज SiC MOSFETs का ऑन प्रतिरोध (RDS (ON)) लगभग 100 m Ω था.

लिटिलफ्यूज IXSJxxN120R1 सीसी MOSFET श्रृंखला इस समस्या का एक ठोस समाधान प्रदान करती है। उत्पादों की इस श्रृंखला में 1200 वोल्ट तक का एक अवरुद्ध वोल्टेज और 18 एमओ के रूप में कम एक आरडीएस (ऑन) है।यह कम प्रतिरोध विशेषता प्रवाह हानि को कम कर सकती है और उत्कृष्ट थर्मल प्रदर्शन प्राप्त कर सकती है.

ये उपकरण 2500 वीएसी (1 मिनट) की अलगाव वोल्टेज क्षमता के साथ अलगाव सिरेमिक में पैक किए जाते हैं।यह डिजाइन हीट सिंक के लिए थर्मल प्रतिरोध को कम करता है और हीट सिंक के भटक क्षमता को कम करके विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) को कम करता हैसाथ ही, यह परिचित TO-247-3L पैकेज को अपनाता है, जो एकीकरण की सुविधा प्रदान करता है।

IXSJ43N120R1 एक विशिष्ट उदाहरण है (चित्र 1) +25 °C पर डिवाइस का नामित निरंतर निकासी वर्तमान आईडी 45 ए है, और आरडीएस (ऑन) 36 एम ओएम (सामान्य मूल्य) है।इसमें 79 एनसी का कम गेट चार्ज और 2453 पीएफ का इनपुट कैपेसिटेंस भी है, जिससे यह छोटे चुंबकों वाले डिजाइनों के लिए उपयुक्त है।

लिटिलफ्यूज IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET छवि
चित्र 1: IXSJ43N120R1 1200 V SiC MOSFET एक अलग TO-247-3L पैकेज को अपनाता है, जिसमें 45 A और RDS (ON) के 36 m Ω (सामान्य मूल्य) का एक नामित निरंतर निकासी वर्तमान आईडी है।लिटिलफ्यूज)

IXSJxxN120R1 श्रृंखला उच्च वोल्टेज अवरुद्ध क्षमता बनाए रखते हुए संवाहक हानि को कम करती है, जिससे डिजाइनरों को कनवर्टर टोपोलॉजी को सरल बनाने, थर्मल ओवरहेड को कम करने,और समग्र प्रणाली दक्षता को अधिकतम.

सक्रिय फ्रंट-एंड प्रदर्शन में स्विच हानि को कम करें
डीसी फास्ट चार्जिंग स्टेशन के अन्य भागों में स्विच हानि प्रतिरोध से अधिक महत्वपूर्ण हो सकती है।सक्रिय फ्रंट-एंड AC पावर को DC पावर में परिवर्तित करता है और पावर फैक्टर सुधार (PFC) और सामंजस्य विकृति की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए वर्तमान तरंग रूप को आकार देता हैइस चरण में इंडक्टर्स और फिल्टर के आकार को कम करने के लिए उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर निर्भरता के कारण, स्विचिंग हानि समग्र दक्षता में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

लिटलफ्यूज की LSIC1MO120E SiC MOSFET श्रृंखला को इन उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया गया है। ये उपकरण 1200 वोल्ट की अवरुद्ध क्षमता और कम गतिशील नुकसान को जोड़ते हैं,उन्हें डीसी फास्ट चार्जिंग स्टेशनों और अन्य ग्रिड कनेक्टेड सिस्टम में पीएफसी बूस्ट कन्वर्टर्स के लिए अत्यधिक उपयुक्त बना रहा है.

उदाहरण के लिए, +25 °C पर LSIC1MO120E0080 (चित्र 2) की नामित निरंतर निकासी धारा (II) 39 A है, R (DSON) 80 m Ω (सामान्य मूल्य) है, और प्रति चक्र स्विचिंग ऊर्जा 252 μ J है।विस्तारित जंक्शन तापमान रेंज -55 °C से +175 °C तक है, बड़े पर्यावरणीय परिस्थितियों वाले बाहरी प्रतिष्ठानों के लिए अतिरिक्त डिजाइन मार्जिन प्रदान करता है।