【導讀】不間斷電源 (UPS) 和其他基于電池的儲能系統可以確保住宅、電信設施、數據中心、工業設備、醫療設備和其他關鍵設備的持續供電。憑借先進的半導體技術，這些系統能夠確保可靠供電，提供濾波功能，并在發生短期電網斷電時保障供電。對于更長時間的停電，這些系統可以提供足夠的時間讓關鍵設備安全地關閉。
UPS的設計要項一文中，我們帶大家了解了UPS的使用用例與具體產品規格，本文將從SiC器件的角度出發，幫助您設計 UPS 或其他電池儲能系統。
SiC正在推動革命
碳化硅 (SiC) 產品，即所謂的寬禁帶產品，可以對 UPS關鍵參數產生積極影響。高開關頻率可以減小無源組件的尺寸并降低產品的整體重量，方便運輸并降低擁有成本，讓用戶有更多空間存放更大容量的 UPS，以迎接大數據時代的持續增長。
安森美 SiC MOSFET 的所有器件都具有雪崩額定值并符合 100% 工作電壓要求，具有出色的穩健性和可靠性。與許多其他平面型 SiC MOSFET 一樣，在負柵極驅動電壓下運行也沒有問題。由于特殊的平面設計，安森美的所有 SiC MOSFET 產品系列在整個生命周期內 RDS(ON)、VTH或二極管正向電壓均無漂移。為達到理想性能，推薦的柵極電壓為 18 V，也可低至 15 V，以與上一代 SiC MOSFET 兼容。
安森美是“端到端”的 SiC 供應商，涵蓋從基板到模塊的整個流程。憑借我們垂直整合的端到端供應鏈和 SiC 產品的出色效率，我們為客戶提供所需的供應保證，以支持未來快速增長的市場。
圖 1. 安森美 SiC 產品：從基板到系統
SiC MOSFET的驅動器
基于 SiC 的 UPS 系統有利于高頻，相對于硅柵極驅動器，對于 SiC 柵極驅動器提出了更高的要求。在為新一代 UPS 系統選擇 SiC MOSFET 時，為了提高 SiC MOSFET 功率實施的穩健性，需要強調以下幾點：
● 高電流能力：在導通和關斷時輸送高峰值電流以使 CGS 和 CGD 電容快速充電和放電。
● 抗擾度強：在具有快速開關 SiC MOSFET 的系統中，SiC 柵極驅動器必須考慮與快速 dV/dt 和感應噪聲相關的抗擾度。特別是，允許的最大和最小電壓表示對正負浪涌事件的抗擾度。
● 匹配的傳播延遲：傳播延遲是從 50% 的輸入到 50% 的輸出的時間延遲，這在高頻應用中至關重要；延遲不匹配會導致開關損耗和發熱。
NCP51561 SiC MOSFET（一種隔離式雙通道 SiC MOSFET 柵極驅動器）滿足所有這些要求，具有 4.5 A/9 A 拉電流和灌電流峰值。NCP51561 提供快速而匹配的傳播延遲。兩個獨立的 5 kV RMS（UL1577 額定值）電氣隔離柵極驅動器通道，具有可調死區時間，可用于兩個低邊、兩個高邊開關或半橋拓撲。
評估設計權衡
效率是儲能系統的一個重要考慮因素，而效率的關鍵是高速開關和高效拓撲結構，例如 NPC 逆變器拓撲結構。與相對簡單的拓撲結構中配置的低速半導體相比，與相對復雜但高效的拓撲結構相結合的高開關速度半導體成本更高。然而，半導體成本的增加將被其他地方的節省所抵消。比如，高速開關轉化為更低的模塊損耗和更長的電池壽命。它支持使用更小、成本更低的電容器和電感器，從而提供更緊湊的終端產品。在性能和成本/尺寸/控制難度之間總是存在折衷。
圖 2.逆變器拓撲結構比較
尋找產品生命周期支持
開始設計時，應確保您可以獲得所選電源產品的 SPICE 模型和 STEP 文件。PSpice 模型有助于研究電路、模塊和芯片層面的反向恢復行為和寄生效應。這些模型還支持熱仿真和自發熱效應的探索。
此外，應尋找對第三方仿真工具的支持。而且，您的供應商應在整個產品生命周期中為您提供支持，包括仿真、產品選擇、布局、優化、原型制作和終端客戶系統的生產。安森美是各種功率半導體器件和相關組件的全方位服務供應商，提供完整的內部端到端供應鏈和全球客戶支持。
結論
在本文中，我們討論了 UPS 和其他電池儲能系統、用例、拓撲結構以及如何選擇合適的功率半導體。安森美憑借長期以來積累的專業知識和在電源管理和轉換方面的地位，幫助全球客戶開發采用尖端技術的 UPS 系統，最大限度地提高負載的供電質量和可靠性，同時降低擁有成本。
在設計穩健的 UPS 系統時，采用基于碳化硅的功率級對于減少功率損耗、提高功率密度和降低散熱成本起著至關重要的作用。選擇以基礎設施級可靠性為基礎構建的高度穩健的 SiC 功率器件是設計持久耐用的 UPS 系統的關鍵。安森美從原材料到完整模塊解決方案的端到端 SiC 制造流程確保了出色的供應質量和可靠性。
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