上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

发布时间：2024-11-12 09:31
作者：AMEYA360
来源：上海贝岭
阅读量：336

　　一、 概述

　　在中国电动两轮车已经成为人们日常生活中必不可少的交通工具。随着电动自行车国家标准的不断改进，电动自行车向着低速、高安全性和长续航里程等方向逐渐演进。与此同时，市场对于高速、智能和长续航的电动轻便摩托车及电动摩托车的热情也不断上升。

　　功率MOSFET作为电动两轮车控制器的核心器件，其性能决定了控制器系统的整体效率。上海贝岭作为功率MOSFET市场的主要供应商之一，现推出针对电动轻便摩托车控制器的新产品BLP04N11，该器件针对电摩控制器应用特点，优化器件击穿电压和降低开关及导通损耗，助力客户产品迸发更高峰值性能。

　　二、 电动轻便摩托车控制器应用解析

　　电动轻便摩托车通常使用锂电池供电，使用电池电压挡位可分为48V、60V及72V，配备的电机额定功率范围在400W~3000W。电动轻便摩托车控制器的核心组成部分之一为功率MOSFET组成的三相全桥逆变电路。逆变电路受MCU的PWM调制及对应的栅极驱动器控制，实现直流到交流的变换，从而驱动无刷电机运转。

上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

　　图1 电动轻便摩托车控制器拓扑图

　　三、 贝岭SGT技术平台及BLP04N11器件特点

　　上海贝岭基于上海积塔最新SGT Gen2平台，研发110V SGT MOSFET器件系列产品，在SGT Gen1平台的基础上，进一步优化屏蔽栅结构，加强终端结构，使得器件具有较低的导通电阻和较高的击穿电压。针对电动轻型摩托车控制器应用中高效开关转换和低导通损耗的应用需求，贝岭BLP04N11对应优化效果如下：

　　1、低导通电阻Rds(on)

　　提高电动轻型摩托车控制器的能效水平的一个方式是降低器件导通损耗。导通电阻Rds(on) 决定了功率MOSFET在导通器期间内的损耗。在使用相同封装的情况下，贝岭器件相较于市场主流同规格产品，具有更低的导通电阻Rds(on) ，导通损耗的降幅可达5%。

上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

　　2、低FOM值

　　提高电动轻型摩托车控制器的能效水平的另一个方式是降低开关损耗。对于相同的驱动电路，较低的栅极电荷使得开关速度加快，以降低开关损耗。性能品质因数Figure of Merit (FOM= Rds(on) × Qg，Rds(on) 导通电阻，Qg栅极总电荷)，简称FOM值，是MOSFET的一个重要指标，用于评估性能的优劣。在使用相同封装的情况下，贝岭器件相较于市场主流同规格产品，具有相对较低的FOM值。6.5%的降幅可以提高轻型电摩控制器的整体能效和减少器件的负载，可提高控制器的使用寿命。

上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

　　3、板级温升表现

　　得益于贝岭BLP04N11产品较低的导通电阻Rds(on)和电荷参数，在轻便电摩控制器额定功率1500 W的稳态带载测试中，与市场主流产品相比整体可减少来4~6%的损耗。若在相同输出功率的情况下，贝岭器件低损耗的特点可以提高电动轻型摩托车的续航里程。若在过温保护点不变的情况下，贝岭器件可以允许客户控制器输出更高功率。

上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

　　4、抗短路能力

　　贝岭BLP04N11产品为应对控制器应用中的极端工况，加强器件抗短路能力，可以满足72V锂电电池满电、馈电等不同工作电压下的轻型电摩控制器相间短路的可靠性要求。

上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

　　四、 贝岭功率器件选型方案

　　上海贝岭功率针对电动自行车、电动轻便摩托车、电动摩托车、电动叉车和轻型低速四轮车控制器应用设计有多条SGT产品线，包含70V、85V、100V、110V和150V等电压等级器件，欢迎垂询!具体型号参考表1。

　上海贝岭功率器件助力电摩控制器高效发展

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　　一、引言　　逆变焊机作为一种先进的焊接设备，在现代工业中占据了重要的地位。与传统的变压器式焊接设备相比，具有诸多优点，如：　　高效节能　　由于逆变焊机的工作频率很高(通常在20kHz~100kHz)，因此它能更有效地利用电能，减少能量损失。　　轻便便携　　相比传统焊机，逆变焊机体积小、重量轻，易于携带。　　焊接性能好　　逆变焊机能提供更稳定的电弧，减少飞溅，提高焊接质量。　　可调节性强　　用户可以根据不同的焊接材料和厚度来调整焊接参数，灵活性更高。　　如图1所示，逆变焊机工作原理是先将电网提供的工频交流电转变为直流电，然后通过电子开关(IGBT/MOSFET)将直流电逆变成高频交流电，最后通过整流得到适合焊接工艺要求的电流和电压。　　图1 逆变焊机工作方框图　　二、逆变焊机拓扑介绍　　逆变焊机主电路拓扑已经较为成熟，主要的拓扑有双管正激式、推挽式、半桥式、全桥式等。　　图2.1为半桥式拓扑结构。该拓扑由两个功率管组成桥式电路，其对称交替导通有利于变压器完全复位，磁芯利用率高，输出响应快，且半桥分压电容器的存在能够较好抗磁偏。该拓扑广泛应用于中小功率逆变焊机。但在相同功率下，半桥式功率管要承受更大的电流。　　图2.2为全桥式拓扑结构。该拓扑由四个功率管组成桥式电路，主要应用于大电流、大功率场合，变压器磁芯利用率高，成本也相应较高。　　三、逆变焊机IGBT损耗分析　　目前市面上大部分逆变焊机采用的为硬开关电路，电路拓扑如图2.1和2.2，通过测试分析，该应用场景IGBT器件的损耗主要来源于以下四个部分，如图3.1所示：　　1、IGBT器件内部合封二极管续流和反向恢复过程损耗Ediode　　2、IGBT开启损耗Eon　　3、IGBT通态损耗Econ　　4、IGBT关断损耗Eoff　　如图3.2所示，逆变焊机硬开关应用中，关断损耗Eoff占比最大，其次为导通损耗Econ。　　图3.2 IGBT损耗占比　　四、上海贝岭650V/80A IGBT产品优势　　为适应逆变焊机客户大电流IGBT单管需求，上海贝岭研发推出650V/80A IGBT单管BLG80T65FDK7，助力高效率逆变焊机设计。该器件具有开关速度快、关断损耗小、导通电压低等特点，可满足客户高效率设计要求。　　4.1、器件技术　　上海贝岭650V/80A IGBT产品BLG80T65FDK7采用了第七代微沟槽多层场截止IGBT技术，进行了特殊工艺控制，优化了VCE(sat)和Eoff参数，提升了产品的可靠性。　　4.2、饱和压降VCE(sat)　　逆变焊机中IGBT的导通损耗占总损耗比例较大，影响导通损耗的主要参数为VCE(sat)，常温下贝岭BLG80T65FDK7导通压降比竞品低12%，导通损耗比竞品更低。　　4.3、关断损耗Eoff　　BLG80T65FDK7具有较小的寄生电容，这保证了器件有更高的开关速度，开关频率高达50kHz以上，如图4.2所示，通过测试IGBT的损耗，BLG80T65FDK7关断损耗比竞品低5%。　　4.4、系统优势　　IGBT开关频率的提高还可以显著提升逆变焊机对电流的控制精度，同时器件损耗的减小，可在大功率输出工况下提升焊机的工作效率，显著降低正常工作时IGBT器件的温升。上海贝岭BLG80T65FDK7基于优异的器件设计，为逆变焊机系统顺利通过温升、输出短路等测试提供了保障。如图4.3，常温自然散热情况下，贝岭BLG80T65FDK7和竞品壳温基本一致，满足客户的需求。　　五、上海贝岭功率器件选型方案　　上海贝岭功率器件产品线齐全，包含MOSFET、IGBT等系列产品，为逆变焊机主逆变和辅助电源设计提供助力，具体型号参考表1：
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