为了实现这些特性,我们需要权衡考虑以下因素:
· 控制总拥有成本(TCO, Total Cost ofOwnership),包括生产成本、运输安装和后期维护的成本,以及存放设备的空间成本等。需要去考虑如何减小散热片、电感和电解电容以及风扇所占的空间和重量。
· UPS的可拓展化,模块化UPS的一个巨大优势就是可拓展,当需要增加容量时,只需要添加一个电源模块,一个模块尺寸重量较小,即使一个人也可以完成安装,大大减少了成本。
· 采用在线式UPS,在线式UPS相比其它种类的UPS能够处理更多输入电能质量问题,减少电池使用频率,同时其高频逆变器能够输出高质量高效率的正弦信号为负载供电。
· 拓扑对系统性能和能效的影响,3电平拓扑比2电平拓扑能效更高,在额定功率下,更高能效意味着更小的散热器和更好的可靠性,关键的是电平数的增加使得电压输出更接近正弦波,但复杂的控制算法、更多的器件以及开关管数量增加会导致成本增加,设计人员需要在性能和价格之间权衡取舍。
· 使用SiC作为开关器件。
安森美用于UPS的SiC方案:阵容广,性能优
由于SiC具有更高的耐压能力、更低的损耗以及更高的导热率,可赋能UPS设计更高的功率密度和优化的系统成本,较低的系统损耗和更高的系统能效。安森美在SiC领域有着深厚的历史积淀,垂直整合模式确保可靠的品质和供应。
图2:安森美SiC的地位
安森美的SiC MOSFET和SiC二极管产品线非常丰富,包含各种电压等级。SiC MOSFET从650V到1200 V,并且即将发布1700 V的产品,SiC二极管则是从650 V到1700V都具备。对于UPS来说,SiC MOSFET主要选择Rdson更小的产品。如安森美适用于UPS的1200 V M3SSiC MOSFET比行业的竞争对手减少达20%的功率损耗,原因是其使用更大尺寸的晶片(die),从而减少Rdson。
图3:安森美的SiC方案阵容广,性能优
安森美目前主推的4-pin SiC MOSFET,相比3-pin的产品,额外的一根开尔文引脚(KelvinSource)可消除源极引脚上的寄生电感,可提供更快的开关速度,从而降低导通损耗。
随着UPS的单元功率逐渐增加,也会有更多的设计人员考虑模块产品,将许多不同功能、大小的晶圆如IGBT、二极管封装在一个模块里,可减小由于单管引脚带来的杂散电感,降低器件在快速关断时产生的电压应力,减少生产流程的工序,提高产线效率,减轻了电气和结构研发设计人员的工作量,避免了因为单管工艺复杂造成的产品不良率,也让BOM的采购和供应链变得简单,缩短了产品投入市场的时间。而且从系统集成的角度来分析,模块的高成本是可以被其他优点摊薄的,例如简化生产流程和PCB的设计,高功率密度,较低的散热系统成本,简单的绝缘设计等。由于组装模块时的晶片都来自同一片晶圆上相邻的器件,晶片的一致性更高,这有利于晶片并联均流,增加了系统的长期运行可靠性。