SiC на 3.3 кВ: Microchip втиснула полумост в стандартный D3
На столе это всё ещё знакомый силовой кирпич: два крупных силовых вывода, управляющие контакты, металлическое основание и корпус 108 × 62 × 30.5 мм. Внутри MSCSM330AM07CD3NG размещён полумост из двух SiC MOSFET с напряжением сток—исток 3.3 кВ. Для версии CD3NG к каждому ключу добавлен антипараллельный SiC-диод Шоттки. Такой модуль способен коммутировать уровни напряжения, где привычные 1.2-кВ каскады приходится собирать в длинную лестницу.
Зачем SST поднимать напряжение одной ячейки
Твердотельный трансформатор начинает работу там, где сетевое напряжение уже слишком велико для одного низковольтного ключа. Вход разбивают на ячейки, каждая ячейка преобразует свою долю напряжения на высокой частоте, затем энергия проходит через компактный трансформатор и собирается в нужную шину постоянного тока. Число ячеек определяет число драйверов, изолированных источников питания, датчиков, каналов защиты и точек отказа. Microchip заявляет, что при сопряжении с сетями 13.8 или 34.5 кВ переход от 1.2-кВ к 3.3-кВ ключам способен примерно вдвое сократить последовательную цепочку. Этот коэффициент зависит от запаса по перенапряжениям, топологии, изоляции и алгоритма защиты конкретного SST.
У полумостовой версии паспортный непрерывный ток составляет 295 А при температуре корпуса 25 °C и 234 А при 80 °C; импульсно допускается 600 А. Типичное сопротивление открытого MOSFET при 25 °C и 300 А равно 6.8 мОм. Такие параметры сами по себе ещё не обещают малых потерь во всём преобразователе: на многокиловольтной шине форму тока и выбросы определяют внешняя коммутационная петля, снабберы, драйвер, трансформатор и режим переключения. Но модуль переносит высоковольтную границу внутрь готового узла, вместо того чтобы заставлять разработчика набирать её из дискретных плеч.
Корпус держит выбросы и расстояния
Корпус здесь несёт электрическую работу вместе с кристаллами. Для этого исполнения указана изоляция между выводами и основанием 6 kV RMS в течение минуты на 50/60 Гц, сравнительный индекс трекингостойкости CTI 600, расстояние утечки между силовыми выводами 23 мм и паразитная индуктивность 16 нГн. Si3N4-подложка должна одновременно отводить тепло от кристаллов и переживать циклы нагрева. Шесть киловольт изоляции нельзя трактовать как допустимое постоянное рабочее напряжение всей системы: это отдельное испытательное условие из паспорта.
Линейка HV-D3 включает полумосты и варианты с общим истоком; диоды Шоттки есть лишь у части исполнений. Поэтому история выпуска состоит не в рекордном токе одного корпуса. SiC добрался до уровня, где силовой модуль сокращает ещё и архитектуру преобразователя: меньше каскадов между средневольтной сетью и стойкой с электроникой означает меньше изолированных узлов, которые надо развести, синхронизировать и защитить. Независимых измерений КПД, теплового сопротивления и ресурса новых модулей в составе SST пока не опубликовано; приведённые электрические данные остаются паспортными.