IMWTEK

IMWTEK US022N10ST 및 인피니티 CoolMOS™ C7의 눈사태 에너지와 고온 효율 대결

1. 응용 장면과 기술 도전

태양광 최고출력 점추적(MPPT) 컨트롤러는 태양광 시스템의 핵심으로 옥외 고온(85°C+), 고습, 먼지 등 환경에서 장기간 가동해야 한다.핵심 과제는 다음과 같습니다.

발열 한계: MPPT 회로는 큰 전류 (20-50A) 를 지속적으로 견디며 MOSFET 결온은 시스템 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

눈사태 내성: 태양광 패널의 순간적 역방향 전압(예: 천둥, 그림자 가리개)은 MOSFET에 높은 눈사태 에너지(EAS)를 요구한다.

효율과 원가의 균형: 전통적인 TO-247은 포장된 방열 능력이 제한되어 있지만, 수냉 방안은 원가가 너무 높기 때문에 포장 혁신을 통해 자연 냉각에서의 고효율 운행을 실현해야 한다.

STOLL(Stacked TO-Leadless) 패키지는 양면 방열 설계(상단과 하단의 동시 열전도)를 통해 고온 MPPT 컨트롤러에 이상적인 솔루션이 된다.

2. 제품 비교: IMWTEK US022N10ST vs. 인피니티 CoolMOS™ C7 IPW65R080C7

매개변수 IMWTEK US022N10ST 인피니티 IPW65R080C7 이점 분석

패키지 STOLL-8 TO-247-4 STOLL 양면 냉각 vs. 단면 냉각

전압 등급 100V 650V 100V 태양광 패널 여유 요구 사항

RDS(on) @10V 8.0m 80m 저압 시나리오 패스스루 손실 90% 감소

단일 펄스 눈사태 에너지 EAS 350mJ 280mJ 역방향 전압 충격 저항 25% 향상

열 저항 R × JA 15 ° C/W 25 ° C/W 동일 전력 소비량에서 결온 10-12 ° C 낮음

역회복 전하 Qrr 45nC 120nC 사구 시간 손실 62% 감소

3. 실전 테스트: 고온 MPPT 컨트롤러 성능 검증

테스트 플랫폼:

태양광 입력: 아날로그 1000W/m² 스포일러, 회로 전압 90V, 최대 출력점 전압 72V

부하 조건: 24V/200Ah 납산 배터리 팩, 지속 충전 전류 30A

환경조건: 고온상자 85°C 항온, 강제풍랭 없음

테스트 항목:

효율 및 온도 상승: MPPT 추적 효율 및 MOSFET 결온.

눈사태 내성: 그림자가 가리는 역방향 전압 충격(120V/10ms)을 시뮬레이션합니다.

장기 노화: 1000시간 고온 만재 후의 파라미터 표류.

테스트 결과:

효율 및 온도 상승:

IMWTEK US022N10ST: MPPT 효율 99.1%(인피니티 시나리오 97.5%), 결온 98°C(인피니티 시나리오 112°C).

열화상도 (그림 1): 인피니티 TO-247 패키지의 상단 온도는 120 ° C에 달하지만 STOLL의 양면 발열은 상단/하단 온도를 98-100 ° C로 균등하게 합니다.

눈사태 내성:

IMWTEK US022N10ST：120V 눈사태 충격을 10회 연속 받은 후 RDS(on) 드리프트 <2%(인피니티 시나리오 드리프트 5%).

실효 분석 (그림 2): 인피니티 칩은 국부적인 핫스팟으로 실리콘이 용융되고 IMWTEK는 구리 기판을 통해 균일하게 열을 방출하여 열을 제어하지 못한다.

장기 노화:

IMWTEK US022N10ST：1000 시간 후 RDS (on) 는 1.8% 증가하여 눈사태 에너지 320mJ 를 유지합니다 (영 비렌 시나리오는 240mJ로 감쇠).

수명 예측 (그림 3): IMWTEK는 Arrhenius 모델을 기반으로 85 ° C에서 MTTF (평균 무고장 시간) 가 15 년 이상입니다.

4. 설계 제안: STOLL이 MPPT에 패키지된 발열 및 보호 설계

양면 냉각 구현:

상단 방열: STOLL 상단에 알루미늄 압출 방열판 (높이 15mm, 지느러미 간격 4mm) 을 추가하여 열전도성 접착제를 통해 고정한다.

하단 발열: PCB는 2oz 구리 두께 + 4 레이어를 사용하여 하단 용접판을 내부 구리 평면과 12 개의 오버홀 (지름 0.3mm) 로 연결합니다.

눈사태 보호 회로:

MOSFET 누극 직렬 TVS 다이오드(200V/5kW)에서 역방향 전압 집게를 안전 범위까지 배치한다.

버퍼 회로 (그림 4): RCD 네트워크 (10 오메가 + 100nF+1N5408) 는 눈사태 에너지를 30% 분류합니다.

MPPT 알고리즘 최적화:

STOLL의 저열 저항 특성을 기반으로 PWM 주파수를 20kHz에서 50kHz로, 추적 지연을 2ms로 줄였다.

동적 파형 (그림 5): IMWTEK 시나리오는 스포일러가 돌변할 때 출력 진동 폭이 인피니온보다 40% 낮다.

5. 원가와 신뢰성 분석

BOM 비용:

단일 STL100N20 가격은 인피니티 IPW65R080C7보다 18% 저렴하며 발열 팬이 필요하지 않아 시스템 비용을 절감합니다.

5만 대의 MPPT 디렉터 규모로 연간 약 **$120000**의 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

신뢰성 검증:

습열 테스트: 85 ° C/85% RH 환경에서 500 시간 작동, 누전 전류 <1 μA (인피니티 시나리오는 5 μA).

소금 안개 테스트: 96시간 5% NaCl 스프레이를 통해 STOLL 패키징 핀은 부식 없음 (TO-247 핀에 산화 발생).

6. 업계 추세와 경쟁 전략

태양광 시스템 전압이 48V에서 96V/150V로 업그레이드됨에 따라 100V MOSFET의 여유 설계는 200V 수준으로 점차 전환될 것이다.IMWTEK US022N10ST는 양면 방열 STOLL 패키지와 구리 기판 결합 공정을 통해 화웨이, 양광 전원 등 헤드 제조업체의 가정용 에너지 저장 시스템에 도입되었다.