电子创新@@188足彩外围@@app 网@@ - SiC-MOSFET - 188足彩网

SiC MOSFET用@@于电机驱动@@的@@优势@@在@@哪里@@

judy — Wed, 20 Dec 2023 01:59:53 +0000

在@@我们的@@传统印象中@@，电机驱动@@系统@@往往采用@@@@@@IGBT作为@@开关器件@@@@，而@@SiC MOSFET作为@@高@@速器件@@往往与@@光伏和@@电动汽车@@充电等需要高@@频@@变换的@@应用@@@@相关联@@。但@@在@@特定的@@电机应用@@@@中@@，SiC仍然具有不可比@@拟的@@优势@@@@，他们是@@@@：

1. 低电感电机@@

低电感电机@@有许多不同应用@@@@@@，包括大气隙电机@@、无槽电机和@@低泄露感应电机@@。它们也可被用@@在@@使@@用@@@@@@PCB定子而@@非绕组定子的@@新电机类型中@@。这些@@电机需要高@@开关频率@@（50-100kHz）来维持所需的@@纹波电流@@@@。然而@@@@，对于@@50kHz以上@@@@的@@调制频率使@@用@@@@绝缘栅@@双极晶体管@@@@（IGBT）无法满足这些@@需求@@，如果是@@@@380V系统@@，硅@@MOSFET耐压@@又不够@@，这就为@@宽禁带器件@@开创了新的@@机会@@。

2. 高@@速电机@@

由于@@拥有高@@基波频率@@，这些@@电机也需要高@@开关频率@@。它们适用@@于高@@功率密度电动汽车@@@@、高@@极数电机@@、拥有高@@扭矩密度的@@高@@速电机@@以及兆瓦级高@@速电机@@等应用@@@@@@。同样@@，IGBT能够达到@@@@的@@最高@@开关频率受到@@限制@@，而@@通过@@使@@用@@@@@@宽禁带开关器件@@可能能够突破这些@@限制@@。例如@@燃料电池中的@@@@空压机@@。空压机最高@@转速超过@@@@15万@@rpm，空压机电机控制器的@@输出频率超过@@@@2500Hz，功率器件@@需要很高@@的@@@@开关频率@@（超过@@50kHz），因此@@SiC-MOSFET是@@这类应用@@@@的@@首选器件@@@@。

3. 恶劣工况@@

在@@电机控制逆变器中使@@用@@@@宽禁带器件@@有两个引人关注@@的@@益处@@。第@@一@@，它们产生的@@热量比@@硅@@器件@@少@@，降低@@了散热需求@@。第@@二@@，它们能承受更高@@工作温度@@——SiC：600°C，GaN：300°C，而@@硅@@芯片@@能承受的@@最高@@工作温度仅为@@@@200°C。虽然@@SiC产品目前@@存在@@一些与@@封装@@有关的@@问题@@，导致它们所适用@@的@@工作温度不能超过@@@@200°C，但@@专注@@于解决这些@@问题的@@研究@@正在@@进行中@@。因此@@，宽禁带器件@@更适合可能面临恶劣工况@@的@@电机应用@@@@@@，比@@如混合动力电动汽车@@@@（HEV）中的@@@@集成@@电机驱动@@器@@、海底和@@井下@@应用@@@@@@、空间应用@@@@等@@

传统的@@电机驱动@@中@@，往往使@@用@@@@@@IGBT作为@@开关器件@@@@。那么@@，SiC MOSFET相对于@@@@Si IGBT有哪些优势@@，使@@得它更适合电机驱动@@应用@@@@@@？

首先@@，从@@开关特性@@角度看@@，功率器件@@开关损耗@@分为@@开通损耗@@和@@关断损耗@@@@。

关断损耗@@

IGBT是@@双极性器件@@@@@@，导通@@时@@电子和@@空穴共同参与@@导电@@，但@@关断时@@@@由于@@空穴@@，只能通过@@复合逐渐消失@@，从@@而@@产生拖尾电流@@@@，拖尾电流@@是@@造成@@IGBT关断损耗@@的@@大的@@主要原因@@。SiC MOSFET是@@单极性器件@@@@，只有电子参与@@导电@@，关断时@@@@没有拖尾电流@@使@@得@@SiC MOSFET关断损耗@@大大低于@@IGBT。

开通损耗@@

IGBT开通瞬间电流@@往往会有过冲@@，这是@@反并联二极管@@换流时@@产生的@@反向恢复电流@@@@。反向恢复电流@@叠加在@@@@IGBT开通电流@@上@@@@，增加了器件@@的@@@@开通损耗@@@@。IGBT的@@反并联二极管@@往往是@@@@Si PiN二极管@@，反向恢复电流@@比@@较明显@@@@。而@@SiC MOSFET的@@结构里天然集成@@了@@一个体二极管@@@@@@，无需额外并联二极管@@@@。SiC体二极管@@@@参与@@换流@@，它的@@反向恢复电流@@要远低于@@@@IGBT反并联的@@硅@@@@PiN二极管@@，因此@@，即使@@在@@同样@@的@@@@dv/dt条件@@下@@@@，SiC MOSFET的@@开通损耗@@也低于@@IGBT。另外@@，SiC MOSFET可以使@@得伺服驱动器@@与@@电机集成@@在@@一起@@，从@@而@@摒除线缆上@@@@dv/dt的@@限制@@，高@@dV/dt条件@@下@@@@，SiC的@@开关损耗@@@@会进一步降低@@@@，远低于@@IGBT。即使@@是@@开关过程较慢时@@@@，碳化硅@@@@的@@开关损耗@@@@也优于@@IGBT。

此外@@，SiC MOSFET的@@开关损耗@@@@基本不受温度影响@@，而@@IGBT的@@开关损耗@@@@随温度上@@升而@@明显增加@@。因此@@高@@温下@@@@@@SiC MOSFET的@@损耗更具优势@@。

再考虑@@dv/dt的@@限制@@，相同@@dv/dt条件@@下@@@@，高@@温下@@@@SiC MOSFET总@@开关损耗@@会有@@50%~60%的@@降低@@@@，如果不限制@@dv/dt，SiC开关总@@损耗最高@@降低@@@@90%。

从@@导通@@特性@@角度看@@：

SiC MOSFET导通@@时@@没有拐点@@，很小的@@@@VDS电压@@就能让@@SiC MOSFET导通@@，因此@@在@@小电流@@条件@@下@@@@@@，SiC MOSFET的@@导通@@电压@@远小于@@@@IGBT。大电流@@时@@@@IGBT导通@@损耗更低@@，这是@@由于@@随着器件@@压降上@@升@@，双极性器件@@@@IGBT开始导通@@@@，由于@@电导调制效应@@@@，电子注@@入激发更多的@@空穴@@，电流@@迅速上@@升@@，输出特性@@的@@斜率更陡@@。对应电机工况@@，在@@轻载条件@@下@@@@@@，SiC MOSFET具有更低的@@导通@@损耗@@。重载或加速条件@@下@@@@@@，SiC MOSFET导通@@损耗的@@优势@@会有所降低@@@@。

CoolSiC™ MOSFET在@@各种工况下@@导通@@损耗降低@@@@，

下@@面通过@@一个实例研究@@@@，实际验证@@SiC MOSFET在@@电机驱动@@中的@@@@优势@@@@。

假定以下@@工况@@，对比@@@@三款器件@@@@：

IGBT IKW40N120H3，

SiC MOSFET IMW120R060M1H和@@IMW120R030M1H。

测试条件@@@@

Vdc=600V, VN,out=400V, IN,out=5A–25A,

fN,sin-out=50Hz, fsw=4-16kHz, Tamb=25°C,

cos(φ)N=0.9, Rth,HA=0.63K/W, dv/dt=5V/ns

M=1,Vdc=600V, fsin=50Hz, RG@dv/dt=5V/ns, fsw=8kHz，线缆长度@@5m, Tamb=25°C

可以看出@@，基于@@以上@@@@工况@@，同样@@的@@温度条件@@下@@@@@@，30mohm的@@器件@@@@输出电流@@比@@@@40A IGBT提高@@了@@10A，哪怕换成小一档的@@@@60mohm SiC MOSFET，输出电流@@也能提升约@@@@5A。而@@相同@@电流@@条件@@下@@@@@@，SiC MOSFT的@@温度明显降低@@@@。

综上@@所述@@，SiC开关器件@@能为@@电机驱动@@系统@@带来的@@益处总@@结如下@@@@：

更低损耗@@‒降低@@耗电量@@，让人们的@@生活更加环保@@、可持续@@。

性能卓越@@‒实现更高@@功率密度@@，通过@@以更小的@@器件@@@@达到@@@@相同@@性能@@，来实现更经济的@@电机设计@@。

结构紧凑@@‒实现更紧凑@@、更省空间的@@电机设计@@，减少材料消耗@@，降低@@散热需求@@。

更高@@质量@@‒SiC逆变器拥有更长使@@用@@@@寿命@@，且不易出故障@@，使@@得制造商能够提供更长的@@保修期@@。

最后@@@@，英飞凌@@CoolSiC™能保证单管@@3us,Easy模块@@2us的@@短路能力@@，进一步保证系统@@的@@安全@@性与@@可靠性@@。

Nexperia首款@@SiC MOSFET提高@@了@@工业@@电源@@开关@@应用@@@@的@@安全@@性@@、稳健性和@@可靠性标准@@

judy — Thu, 30 Nov 2023 01:44:21 +0000

1200 V分立器件@@@@提供出色的@@性能@@，有助于加速全@@球能源@@转型@@

基础半导体器件@@领域的@@高@@产能生产专家@@Nexperia今日@@宣布@@@@推出其首款@@碳化硅@@@@@@(SiC) MOSFET，并发布两款采用@@@@@@3引脚@@TO-247封装@@的@@@@1200 V分立器件@@@@，RDS(on)分别为@@@@40 mΩ 和@@80 mΩ。NSF040120L3A0和@@NSF080120L3A0是@@Nexperia SiC MOSFET产品组合中首批发布的@@产品@@，随后@@@@Nexperia将持续扩大产品阵容@@，推出多款具有不同@@RDS(on)的@@器件@@@@，并提供通孔封装@@和@@表面贴装封装@@供选择@@。这次推出的@@两款器件@@可用@@性高@@@@，可满足电动汽车@@@@(EV)充电桩@@、不间断电源@@@@(UPS)以及太阳能和@@储能系统@@@@(ESS)逆变器等汽车和@@工业@@应用@@@@对高@@性能@@SiC MOSFET的@@需求@@。

Nexperia高@@级总@@监兼@@SiC产品部主管@@Katrin Feurle表示@@：“Nexperia和@@三菱电机@@希望这两款首发产品可以激发更多的@@创新@@，推动市场涌现更多宽禁带器件@@供应商@@。Nexperia现可提供@@SiC MOSFET器件@@，这些@@器件@@的@@@@多个参数性能均超越同类产品@@，例如@@高@@@@RDS(on)、良好的@@温度稳定性@@、较低的@@体二极管@@@@压降@@、严格的@@阈值@@@@电压@@规格以及极其均衡的@@栅@@极@@电荷@@比@@@@，能够安全@@可靠地防止寄生导通@@@@。这是@@我们与@@三菱电机@@承诺合作生产高@@质量@@SiC MOSFET的@@开篇之作@@。毫无疑问@@，在@@未来几年@@里@@，我们将共同推动@@SiC器件@@性能的@@发展@@。”

三菱电机@@半导体与@@器件@@部功率器件@@业务高@@级总@@经理@@Toru Iwagami表示@@：“我们很高@@兴与@@@@Nexperia携手推出这些@@新型@@@@SiC MOSFET，这也是@@我们合作推出的@@首批产品@@。三菱电机@@在@@@@SiC功率半导体@@方面积累了丰富的@@专业知识@@，我们的@@器件@@@@实现了@@多方面特性@@的@@出色平衡@@。”

RDS(on)会影响传导功率损耗@@，是@@SiC MOSFET的@@关键性能参数@@。Nexperia发现这也是@@造成目前@@市场上@@许多@@SiC器件@@的@@@@性能受限的@@因素@@，新推出的@@@@SiC MOSFET采用@@@@了创新型@@工艺技术@@@@，实现了@@业界领先的@@温度稳定性@@，在@@25℃至@@175℃的@@工作温度范围内@@，RDS(on)的@@标称值@@仅增加@@38%。

Nexperia SiC MOSFET的@@栅@@极@@总@@电荷@@@@(QG)非常低@@，由此可实现更低的@@栅@@极@@驱动损耗@@。此外@@，Nexperia通过@@平衡栅@@极@@电荷@@@@，使@@QGD与@@QGS比@@率非常低@@@@，这一特性@@又进一步提高@@了@@器件@@对寄生导通@@的@@抗扰度@@。

除了@@正温度系数外@@，Nexperia的@@SiC MOSFET的@@器件@@@@间阈值@@@@电压@@@@VGS(th)也超低@@，这使@@得@@器件@@并联工作时@@@@，在@@静态和@@动态条件@@下@@@@都能实现非常均衡的@@载流性能@@。此外@@，较低的@@体二极管@@@@正向@@电压@@@@(VSD)有助于提高@@器件@@稳健性和@@效率@@，同时@@还能放宽对异步整流和@@续流操作的@@死区时@@间@@要求@@。

Nexperia未来还计划推出车规级@@MOSFET。NSF040120L3A0和@@NSF080120L3A0现已投入大批量生产@@。请联系@@Nexperia销售代表获取@@全@@套@@SiC MOSFET样品@@。

欲了解有关@@Nexperia MOSFET的@@更多信息@@，请访问@@：https://www.nexperia.com/sic-mosfets

关于@@Nexperia

Nexperia总@@部位于荷兰@@，是@@一家在@@欧洲拥有丰富悠久发展历史的@@全@@球性半导体公司@@@@，目前@@在@@欧洲@@、亚洲和@@美国共有@@15,000多名@@员工@@。作为@@基础半导体器件@@开发和@@生产的@@领跑者@@，Nexperia的@@器件@@@@被广泛应用@@@@于汽车@@、工业@@、移动和@@消费等多个应用@@@@领域@@，几乎为@@世界@@上@@所有电子设计的@@基本功能提供支持@@。

Nexperia为@@全@@球客户提供服务@@，每年@@的@@产品出货量超过@@@@1,000亿@@件@@。这些@@产品在@@效率@@（如工艺@@、尺寸@@、功率及性能@@）方面成为@@行业基准@@，获得广泛认可@@。Nexperia拥有丰富的@@@@IP产品组合和@@持续扩充的@@产品范围@@，并获得了@@IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和@@ISO 45001标准认证@@，充分体现了公司@@对于@@创新@@、高@@效@@、可持续@@发展和@@满足行业严苛要求的@@坚定承诺@@。

东芝@@推出用@@于工业@@设备的@@第@@@@3代碳化硅@@@@@@MOSFET，采用@@@@可降低@@开关损耗@@@@的@@@@4引脚@@封装@@@@

judy — Thu, 31 Aug 2023 06:30:12 +0000

东芝@@电子@@188足彩外围@@app 及存储装置株式会社@@（“东芝@@”）今日@@宣布@@@@，推出采用@@@@有助于降低@@开关损耗@@的@@@@4引脚@@TO-247-4L(X)封装@@的@@@@碳化硅@@@@@@（SiC）MOSFET---“TWxxxZxxxC系列@@”，该@@产品采用@@@@东芝@@最新的@@@@[1]第@@3代碳化硅@@@@@@MOSFET芯片@@，用@@于支持工业@@设备应用@@@@@@。该@@系列@@中五款额定电压@@为@@@@650V，另外@@五款额定电压@@为@@@@1200V，十款产品于今日@@开始批量出货@@。

新产品是@@东芝@@碳化硅@@@@@@MOSFET产品线中首批采用@@@@@@4引脚@@TO-247-4L(X)封装@@的@@@@产品@@，其封装@@支持栅@@极@@驱动信号源@@极端使@@用@@@@开尔文连接@@@@，有助于减少封装@@内源@@极线电感的@@影响@@@@，从@@而@@提高@@高@@速开关性能@@。与@@东芝@@目前@@采用@@@@@@3引脚@@TO-247封装@@的@@@@产品@@TW045N120C相比@@@@，新型@@TW045Z120C的@@开通损耗@@降低@@了约@@@@40%，关断损耗@@降低@@了约@@@@34%[2]。这一改善有助于降低@@设备功率损耗@@。

使@@用@@@@SiC MOSFET的@@3相逆变器@@参考设计已在@@东芝@@官网@@发布@@。

东芝@@将继续扩大自身产品线@@，进一步契合市场趋势@@，并助力用@@户提高@@设备效率@@，扩大功率容量@@。

使@@用@@@@新型@@@@SiC MOSFET的@@3相逆变器@@

使@@用@@@@SiC MOSFET的@@3相逆变器@@

简易方框图@@@@

应用@@@@：
- 开关电源@@@@（服务器@@、数据中心@@、通信设备@@等@@）
- 电动汽车@@充电站@@
- 光伏变频器@@
- 不间断电源@@@@（UPS）

特性@@：
- 4引脚@@TO-247-4L(X)封装@@：
栅@@极@@驱动信号源@@极端使@@用@@@@开尔文连接@@，可降低@@开关损耗@@@@
- 第@@3代碳化硅@@@@@@MOSFET
- 低漏@@源@@导通@@电阻@@@@@@×栅@@漏@@电荷@@@@
- 低二极管@@正向@@电压@@@@：VDSF＝-1.35V（典型值@@@@）（VGS＝-5V）

主要规格@@：

（除非另有说明@@，Ta＝25℃）

器件@@型号@@	封装@@	绝对最大额定值@@@@			电气特征@@							库存查询与@@购买@@
		漏@@ 源@@ 电压@@ VDSS （V）	栅@@ 源@@ 电压@@ VGSS （V）	漏@@极@@ 电流@@ （DC） ID （A）	漏@@ 源@@ 导通@@ 电阻@@ RDS(ON) （mΩ）	栅@@极@@ 阈值@@@@ 电压@@ Vth （V）	总@@ 栅@@极@@ 电荷@@ Qg （nC）	栅@@ 漏@@ 电荷@@ Qgd （nC）	输入@@ 电容@@ Ciss （pF）		二极管@@ 正向@@ 电压@@ VDSF （V）
				Tc＝25℃	VGS＝18V	VDS＝10V	VGS＝18V	VGS＝18V	典型值@@@@	测量@@ 条件@@ VDS （V）	VGS＝-5V
				Tc＝25℃	典型值@@@@	VDS＝10V	典型值@@@@	典型值@@@@	典型值@@@@	测量@@ 条件@@ VDS （V）	典型值@@@@
TW015Z120C	TO-247-4L(X)	1200	-10至@@25	100	15	3.0至@@5.0	158	23	6000	800	-1.35	在@@线购买@@
TW030Z120C				60	30		82	13	2925			在@@线购买@@
TW045Z120C				40	45		57	8.9	1969			在@@线购买@@
TW060Z120C				36	60		46	7.8	1530			在@@线购买@@
TW140Z120C				20	140		24	4.2	691			在@@线购买@@
TW015Z65C		650		100	15		128	19	4850	400		在@@线购买@@
TW027Z65C				58	27		65	10	2288			在@@线购买@@
TW048Z65C				40	48		41	6.2	1362			在@@线购买@@
TW083Z65C				30	83		28	3.9	873			在@@线购买@@
TW107Z65C				20	107		21	2.3	600			在@@线购买@@

注@@：
[1] 截至@@@@2023年@@8月@@
[2] 截至@@@@2023年@@8月@@，东芝@@测量@@值@@@@（测量@@条件@@@@：VDD＝800V、VGG＝+18V／0V、ID＝20A、RG＝4.7Ω、L＝100μH、Ta＝25℃）

如需了解有关新产品的@@更多信息@@@@@@，请访问@@以下@@网@@址@@：
TW015Z120C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW030Z120C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW045Z120C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW060Z120C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW140Z120C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW015Z65C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW027Z65C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW048Z65C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW083Z65C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

TW107Z65C
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets/det...

如需了解东芝@@@@MOSFET产品的@@更多信息@@@@，请访问@@以下@@网@@址@@：
MOSFET
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/mosfets.html

有关更多东芝@@解决方案@@的@@相关信息@@，请访问@@：
应用@@@@
服务器@@
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/application/server....
不间断电源@@@@
https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/application/uninter...
LED照明@@
https://toshiba.semicon-storage.com/cn/semiconductor/application/led-lig...

关于@@东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及存储装置株式会社@@

东芝@@电子@@188足彩外围@@app 及存储装置株式会社@@是@@先进的@@半导体和@@存储解决方案@@的@@领先供应商@@，公司@@累积了半个多世纪的@@经验和@@创新@@，为@@客户和@@合作伙伴提供分立半导体@@、系统@@LSI和@@HDD领域的@@杰出解决方案@@@@。

公司@@22,200名@@员工遍布世界@@各地@@，致力于实现产品价值@@的@@最大化@@，东芝@@电子@@188足彩外围@@app 及存储装置株式会社@@十分注@@重与@@客户的@@密切协作@@，旨在@@促进价值@@共创@@，共同开拓新市场@@，公司@@现已拥有超过@@@@8,598亿@@日@@元@@（62亿@@美元@@）的@@年@@销售额@@，期待为@@世界@@各地的@@人们建设更美好的@@未来并做出贡献@@。

如需了解有关东芝@@电子@@@@188足彩外围@@app 及存储装置株式会社@@的@@更多信息@@@@，请访问@@以下@@网@@址@@：https://toshiba-semicon-storage.com

漏@@极@@和@@源@@极之间产生的@@浪涌@@@@

judy — Fri, 14 Jul 2023 02:08:15 +0000

本文的@@关键要点@@

・漏@@极@@和@@源@@极间的@@浪涌@@是@@由各种电感分量和@@@@MOSFET寄生电容@@的@@谐振@@引起的@@@@。

・在@@实际的@@版图@@设计中@@，很多情况下@@无法设计出可将线路电感降至@@最低的@@布局@@，此时@@@@，尽可能在@@开关器件@@的@@@@附近配备缓冲电路@@来降低@@线路电感@@，这是@@非常重要的@@@@。

首先@@，为@@您介绍@@SiC MOSFET功率转换电路@@中@@，发生在@@漏@@极@@和@@源@@极之间的@@浪涌@@@@。

· 漏@@极@@和@@源@@极之间产生的@@浪涌@@@@

· 缓冲电路@@的@@种类和@@选择@@

· C缓冲电路@@的@@设计@@

· RC缓冲电路@@的@@设计@@

· 放电型@@RCD缓冲电路@@的@@设计@@

· 非放电型@@@@RCD缓冲电路@@的@@设计@@

· 封装@@引起的@@浪涌@@差异@@

SiC MOSFET的@@漏@@极@@和@@源@@极之间@@产生的@@浪涌@@@@@@

开关导通@@时@@@@，线路和@@电路@@板版图@@的@@电感之中会直接积蓄电能@@（电流@@能量@@）。当该@@能量与@@开关器件@@的@@@@寄生电容@@@@发生谐振@@时@@@@，就会在@@漏@@极@@和@@源@@极之间产生浪涌@@@@。下@@面将利用@@@@图@@@@1来说@@明发生浪涌@@时@@的@@振铃电流@@的@@路径@@。这是@@一个桥式结构@@@@，在@@High Side（以下@@简称@@HS）和@@Low Side（以下@@简称@@LS）之间连接了一个开关器件@@@@，该@@图@@是@@@@LS导通@@，电路@@中存在@@开关电流@@@@IMAIN的@@情形@@。通常@@，该@@IMAIN从@@VSW流入@@，通过@@线路电感@@LMAIN流动@@。

图@@1：产生关断浪涌@@时@@的@@振铃电流@@路径@@

接下@@来@@，LS关断时@@@@，流向@@LMAIN的@@IMAIN一般是@@通过@@连在@@输入@@电源@@@@HVdc和@@PGND之间的@@大容量电容@@@@CDCLINK，经由@@HS和@@LS的@@寄生电容@@@@，按照虚线所示@@路径流动@@@@。此时@@@@，在@@LS的@@漏@@极@@和@@源@@极之间@@，LMAIN和@@SiC MOSFET的@@寄生电容@@@@COSS（CDS+CDG）就会产生谐振@@现象@@，漏@@极@@和@@源@@极之间就会产生浪涌@@@@。如果用@@@@VDS_SURGE表示@@施加@@在@@@@HVdc引脚@@的@@电压@@@@，用@@ROFF表示@@MOSFET关断时@@@@的@@电阻@@@@，则该@@浪涌@@的@@最大值@@@@VHVDC可以用@@下@@述公式表示@@@@（*1）。

图@@2是@@使@@用@@@@@@SiC MOSFET SCT2080KE进行测试时@@关断时@@@@的@@浪涌@@波形@@。当给@@@@HVdc施加@@800V的@@电压@@时@@@@，可以算出@@VDS_SURGE为@@961V，振铃频率约@@为@@@@@@33MHz。利用@@@@公式@@（1），根据该@@波形@@，可以算出@@LMAIN约@@为@@@@110nH。

图@@2：关断浪涌@@波形@@

再接下@@来@@@@，增加一个图@@@@3所示@@的@@缓冲电路@@@@CSNB，实质性地去掉@@LMAIN后@@，其关断浪涌@@的@@波形如图@@@@@@4所示@@。

可以看到@@@@，增加该@@@@CSNB之后@@@@，浪涌@@电压@@降低@@@@50V以上@@@@（约@@901V），振铃频率也变得更高@@@@，达到@@@@44.6MHz，而@@且包括@@CSNB在@@内@@，整个电路@@中的@@@@@@LMAIN变得更小@@。

同样@@，利用@@@@公式@@（1）计算@@LMAIN，其结果由原来的@@@@110nH左@@右@@@@降低@@至@@@@71nH左@@右@@@@。原本@@，最好是@@在@@进行版图@@设计时@@@@，将线路电感控制在@@最低水平@@。但@@是@@@@，在@@实际设计过程中@@，往往会优先考虑器件@@的@@@@散热设计@@，所以线路并不一定能够按照理想进行设计@@。

在@@这种情况下@@@@，其对策方案之一就是@@尽可能在@@开关器件@@附近配置缓冲电路@@@@，使@@之形成旁路电路@@@@。这样既可以将@@线路电感这一引发浪涌@@的@@根源@@降至@@最低@@，还可以吸收已经降至@@最低的@@线路电感中积蓄的@@能量@@。然后@@@@，通过@@对开关器件@@的@@@@电压@@进行钳制@@，就可以降低@@关断浪涌@@@@。

*1：“开关转换器基础@@”P95-P107，P95～P107 作者@@：原田耕介@@、二宫保@@、顾文建@@，出版社@@：CORONA PUBLISHING CO., LTD. 1992年@@2月@@

文章来源@@@@@@：罗姆半导体@@

新能源@@@@车@@SiC-MOSFET发展分析@@

judy — Mon, 19 Jun 2023 01:46:43 +0000

功率半导体@@包含功率集成@@电路@@和@@功率分离式组件@@。功率集成@@电路@@安装在@@驱动电路@@板上@@@@，以发送信号控制功率组件@@/模块@@进行开关@@。

功率组件是@@一种只用@@于电力转换和@@控制的@@电子组件@@，分为@@二极管@@@@（整流和@@保护电路@@@@）、晶体管@@（负责开关@@）与@@闸流体@@（电路@@驱动@@）。其中@@晶体管@@是@@电能转换损耗的@@主要来源@@@@@@，因此@@是@@功率组件中最关键产品@@，而@@俗称功率芯片@@便是@@乘载晶体管@@之处@@。

从@@低压至@@高@@压@@需要用@@电的@@负载设备@@，几乎都需要功率组件@@。Si是@@最常用@@的@@功率组件材料@@，通常@@搭配@@IGBT，可适用@@于中压以上@@@@的@@应用@@@@@@，属于成熟工艺@@，技术@@上@@很难再有突破@@。

由于@@新能源@@@@车@@@@800V平台的@@带动@@，SiC成为@@近年@@新兴的@@功率组件材料@@，通常@@搭配@@MOSFET可获得比@@@@Si-IGBT更快的@@电流@@开关速度以降低@@能量损耗@@，更耐高@@温@@、高@@压@@，且可大幅缩小应用@@@@零件体积和@@重量@@。

SiC-MOSFET在@@新能源@@@@车@@中的@@@@高@@压@@电控应用@@@@主要有车载充电器@@（OBC）、直流@@-直流@@转换器@@（DC／DC Converter）和@@逆变器@@（Inverter）。

其中@@，车载充电器主要功能为@@接收公共或家用@@充电来源@@@@的@@交流电后@@@@·将之转换为@@直流@@电给@@电池包充电@@；DC/DC Converter将电池包的@@直流@@电转换为@@不同电压@@的@@直流@@电@@，以供低电压@@的@@电子装置使@@用@@@@@@；Inverter将电池包的@@直流@@电转换为@@可供马达运转的@@交流电@@。

本文转载自@@：全@@球半导体观察微信公众号@@

三菱电机@@成功开发基于@@新型@@结构@@的@@@@SiC-MOSFET

judy — Thu, 08 Jun 2023 03:00:10 +0000

新型@@芯片@@结构能有效防止浪涌@@电流@@集中在@@特定芯片@@上@@@@

图@@1：新开发的@@芯片@@结构@@（上@@:芯片@@截面@@；下@@:并联芯片@@@@）

三菱电机@@集团近日@@@@（2023年@@6月@@1日@@）宣布@@，其开发出一种集成@@@@SBD的@@SiC-MOSFET新型@@结构@@，并已将其应用@@@@于@@3.3kV全@@SiC功率模块@@@@——FMF800DC-66BEW，适用@@于铁路@@@@、电力系统@@等大型工业@@设备@@。样品@@于@@5月@@31日@@开始发售@@。该@@新结构芯片@@有望帮助实现铁路@@牵引等电气系统@@的@@小型化和@@节能化@@，促进直流@@输变电的@@普及@@，从@@而@@为@@实现碳中和@@做出贡献@@。

SiC功率半导体@@因其能显著降低@@功率损耗而@@备受关注@@@@。三菱电机@@于@@2010年@@将搭载@@SiC-MOSFET和@@SiC-SBD的@@SiC功率模块@@@@商用@@@@化@@，在@@空调@@、铁路@@等多种逆变系统@@中采用@@@@了@@SiC功率半导体@@。

与@@传统的@@芯片@@分开并联方法@@相比@@@@@@，集成@@了@@SiC-MOSFET和@@SiC-SBD的@@一体化@@芯片@@可以更紧凑地封装@@在@@功率模块@@@@内@@，从@@而@@实现功率模块@@@@的@@小型化@@、大容量和@@更低的@@开关损耗@@@@@@，有望在@@铁路@@@@、电力系统@@等大型工业@@设备@@中得到@@广泛应用@@@@@@。到@@目前@@为@@止@@，由于@@集成@@@@SBD的@@SiC-MOSFET功率模块@@@@的@@抗浪涌@@电流@@能力相对较低@@，浪涌@@电流@@只集中在@@某些特定的@@芯片@@上@@@@，导致芯片@@在@@高@@浪涌@@电流@@时@@热损坏@@，因此@@在@@实际应用@@@@中一直面临困难@@。

三菱电机@@率先发现了浪涌@@电流@@集中在@@功率模块@@@@内部某些特定芯片@@上@@的@@机理@@。开发了一种新的@@芯片@@结构@@@@，在@@这种芯片@@结构中@@，所有芯片@@同时@@开始通流@@，使@@浪涌@@电流@@分布在@@各个芯片@@上@@@@。因此@@，与@@本公司@@现有技术@@相比@@@@@@，功率模块@@@@的@@抗浪涌@@电流@@能力提高@@了@@五倍@@以上@@@@@@@@，获得了与@@现有@@Si功率模块@@@@同等或更高@@的@@浪涌@@电流@@耐量@@，从@@而@@实现了@@集成@@@@SBD的@@SiC-MOSFET功率模块@@@@。

本开发成果的@@详细情况已于@@5月@@31日@@14时@@（当地时@@间@@）在@@香港举办的@@@@ISPSD 2023（5月@@28日@@至@@@@6月@@1日@@）上@@发表@@。

未来展望@@

这项新技术@@将应用@@@@于@@SiC功率模块@@@@，从@@而@@实现铁路@@牵引系统@@的@@小型化和@@节能化@@。此外@@，通过@@使@@用@@@@@@低功率损耗变流器进行直流@@输电@@，有望实现比@@交流输电更低的@@传输损耗@@，从@@而@@为@@实现碳中和@@做出贡献@@。

关于@@集成@@@@SBD SiC-MOSFET

在@@传统的@@@@SiC功率模块@@@@中@@，用@@于开关的@@@@SiC-MOSFET和@@用@@于续流的@@@@SiC-SBD作为@@两个芯片@@被单独制造@@，并在@@模块@@内通过@@并联连接@@。相反@@，三菱电机@@开发的@@集成@@@@SBD的@@SiC-MOSFET（图@@2）通过@@在@@@@SiC MOSFET元胞中周期性地插入@@SiC-SBD来集成@@这两个芯片@@@@。

图@@2：集成@@SBD的@@SiC-MOSFET实现了@@SiC-MOSFET和@@SiC-SBD一体化@@

特点@@

突破性发现@@——浪涌@@电流@@集中在@@特定芯片@@上@@的@@机理@@

传统情况下@@@@，当浪涌@@电流@@流过并联连接的@@多个集成@@@@SBD的@@MOSFET芯片@@时@@@@，浪涌@@电流@@只集中在@@某些特定芯片@@上@@@@，无法获得与@@并联芯片@@@@数量相对应的@@浪涌@@电流@@耐量@@。根据物理分析和@@器件@@模拟@@分析的@@结果@@，如果内置@@SBD的@@芯片@@尺寸@@与@@其他芯片@@略有不同@@（宽度略小@@，如图@@@@3），那么@@浪涌@@电流@@就会集中在@@该@@特定芯片@@上@@@@，从@@而@@导致该@@芯片@@在@@其他芯片@@导通@@之前流过浪涌@@电流@@@@。这个尺寸@@偏差是@@极其微小的@@@@，在@@正常的@@芯片@@制造过程中基本上@@是@@无法避免的@@@@。

图@@3：现有技术@@中电流@@集中到@@特定芯片@@的@@机理@@

新的@@芯片@@结构@@——所有并联的@@芯片@@同时@@导通@@@@@@

为@@了防止@@浪涌@@电流@@集中到@@特定芯片@@上@@@@，三菱电机@@针对@@芯片@@总@@面积占比@@不到@@@@1%的@@元胞@@，开发了不配置@@SBD的@@新芯片@@结构@@。这种元胞与@@配置@@SBD的@@其他元胞相比@@@@@@，能够更快速导通@@浪涌@@电流@@@@，并且由于@@不存在@@@@SBD，所以不受微小尺寸@@偏差的@@影响@@@@。浪涌@@电流@@可以在@@所有并联芯片@@@@中没有配置@@@@SBD的@@相应元胞中同时@@开始导通@@@@@@。

此外@@，由于@@浪涌@@电流@@降低@@了@@SiC周边的@@阻抗@@，触发其周围元胞开始导通@@@@@@，形成连锁反应@@。这种现象导致以没有配置@@@@SBD的@@元胞@@为@@起点@@，浪涌@@电流@@在@@整个芯片@@区域传播@@。因此@@，浪涌@@电流@@分布在@@所有芯片@@的@@所有区域@@，防止了由于@@浪涌@@电流@@集中在@@特定芯片@@上@@而@@导致的@@芯片@@热击穿@@，从@@而@@提高@@了@@浪涌@@电流@@耐量@@（图@@4）。

图@@4：新结构避免了电流@@集中在@@特定芯片@@上@@@@

增强的@@扛浪涌@@电流@@能力@@——使@@内置@@SBD的@@SiC MOSFET功率模块@@@@成为@@可能@@

通过@@采用@@@@这种新的@@芯片@@结构@@@@，使@@内置@@SBD的@@SiC-MOSFET模块@@抗浪涌@@电流@@能力比@@本公司@@现有技术@@提高@@了@@@@5倍@@以上@@@@@@，与@@广泛使@@用@@@@的@@传统@@Si功率模块@@@@相当或更大@@@@。此外@@，由于@@浪涌@@电流@@的@@链式反应@@，没有配置@@SBD的@@元胞@@仅占总@@芯片@@面积的@@一小部分@@（小于@@1%），不会因为@@内置@@SBD面积的@@减少而@@影响功率模块@@@@的@@低导通@@电阻@@@@和@@低开关损耗@@等特性@@@@。因此@@，铁路@@、电力系统@@等大功率用@@功率模块@@@@所要求的@@芯片@@并联成为@@可能@@，实现了@@内置@@SBD的@@SiC-MOSFET功率模块@@@@。

图@@5：新技术@@提高@@了@@抗浪涌@@电流@@能力@@

关于@@三菱电机@@@@

三菱电机@@创立于@@1921年@@，是@@全@@球知名@@的@@综合性企业@@。在@@2022年@@《财富@@》世界@@500强排名@@中@@，位列@@351名@@。截止@@2022年@@3月@@31日@@的@@财年@@@@，集团营收@@44768亿@@日@@元@@（约@@合美元@@332亿@@）。作为@@一家技术@@主导型企业@@，三菱电机@@拥有多项专利技术@@@@，并凭借强大的@@技术@@实力和@@良好的@@企业信誉在@@全@@球的@@电力设备@@、通信设备@@、工业@@自动化@@、电子元器件@@@@、家电等市场占据重要地位@@。尤其在@@电子元器件@@@@市场@@，三菱电机@@从@@事开发和@@生产半导体已有@@60余年@@@@。其半导体产品更是@@在@@变频家电@@、轨道牵引@@、工业@@与@@新能源@@@@@@、电动汽车@@、模拟@@/数字通讯以及有线@@/无线通讯等领域得到@@了广泛的@@应用@@@@@@。

SiC MOSFET的@@短沟道效应@@@@@@

judy — Mon, 27 Mar 2023 02:18:12 +0000

作者@@：赵佳@@，来源@@@@：英飞凌@@工业@@半导体@@微信公众号@@

原文标题@@：Practical Aspects and Body Diode Robustness of a 1200 V SiC Trench MOSFET
原文作者@@@@：Thomas Basler
原文发表在@@@@ PCIM Europe 2018, 5 – 7 June 2018, Nuremberg

Si IGBT和@@SiC沟槽@@MOSFET之间有许多电气及物理方面的@@差异@@，Practical Aspects and Body Diode Robustness of a 1200V SiC Trench MOSFET 这篇文章主要分析了在@@@@SiC MOSFET中比@@较明显@@的@@短沟道效应@@@@@@@@、Vth滞回效应@@@@、短路特性@@以及体二极管@@@@的@@鲁棒性@@。直接翻译不免晦涩难懂@@，不如加入自己的@@理解@@，重新梳理一遍@@，希望能给@@大家带来更多有价值@@的@@信息@@。今天我们着重看下@@第@@一@@部分@@——短沟道效应@@@@。

Si IGBT/MOSFET与@@SiC MOSFET，尽管@@衬底材料不一样@@，但@@是@@@@形成栅@@极@@氧化层的@@材料却是@@一样的@@@@——都是@@@@SiO2。SiC-SiO2界面@@缺陷大于@@Si-SiO2界面@@，界面@@缺陷会降低@@反型层沟道迁移率@@，进而@@提高@@沟道电阻@@@@。对于@@SiC MOSFET，尽管@@人们花了很多精力来提高@@沟道迁移率@@，但@@其迁移率仍然远远低于@@硅@@的@@@@IGBT/MOSFET。

（更详细的@@解释请参考@@：SiC MOSFET真的@@有必要使@@用@@@@沟槽@@栅@@吗@@？）

因此@@，商用@@@@SiC MOSFET会设计成具有相对较短的@@反型层沟道@@，以尽量减少其沟道电阻@@@@。对于@@1200V的@@SiC MOSFET来说@@，沟道电阻@@对整个@@RDS,on的@@贡献最大@@，这与@@高@@压@@@@Si MOSFET完全@@不同@@。此外@@，对于@@沟槽@@@@MOSFET，由于@@SiC漂移区厚度较低@@，基极掺杂较高@@@@，因此@@沟道区附近的@@电场强度@@（特别是@@在@@开关期间@@）比@@Si MOSFET高@@。为@@了保护栅@@极@@氧化物@@，必须有一个屏蔽结构@@，这在@@所有现代@@SiC MOSFET概念中都可以找到@@@@。与@@硅@@器件@@相比@@@@@@@@，上@@述效应@@导致了更明显的@@漏@@极@@势垒降低@@效应@@@@（DIBL-或短沟道效应@@@@@@）。DIBL效应@@的@@原理大家可以在@@百度搜到@@@@，这里就不再赘述了@@。DIBL效应@@造成的@@明显的@@现象是@@@@——随着漏@@极@@@@-源@@极电压@@@@VDS的@@增加@@，栅@@-源@@极阈值@@@@电压@@@@VGS（th）会随之降低@@@@，见图@@@@1。

Fig.1:不同制造商@@1200V SiC MOSFET的@@VGS(th)曲线@@，Infineon-沟槽@@,M1-沟槽@@,M2-平面@@

DIBL效应@@和@@栅@@极@@电荷@@@@

由于@@上@@述的@@@@DIBL效应@@，与@@IGBT相比@@@@，SiC MOSFET的@@输出特性@@看起来有所不同@@。在@@相同@@@@VGS条件@@下@@@@，器件@@的@@@@饱和@@电流@@@@随@@VDS上@@升而@@上@@升@@。见图@@@@2。

图@@2：45mΩ、1200V SiC沟槽@@MOSFET在@@25°C时@@不同@@VGS下@@的@@输出特性@@曲线@@@@@@@@。该@@特性@@是@@在@@短路状态下@@@@，通过@@非常短的@@脉冲测量@@的@@@@，并在@@考虑到@@测量@@期间温度上@@升的@@情况@@。

硅@@IGBT通常@@使@@用@@@@更长的@@反型沟道@@，沟道电阻@@对静态损耗来说@@是@@次要的@@@@。阻断状态下@@的@@电场较小@@，因此@@，DIBL效应@@较低@@，饱和@@电流@@@@不会随@@DS电压@@上@@升而@@变化太大@@。下@@图@@@@（左@@）是@@IGBT的@@输出特性@@曲线@@@@@@，可以看到@@@@，线性区和@@饱和@@区之间的@@分界点很清楚@@，曲线@@进入饱和@@状态之后@@@@的@@部分非常平坦@@，而@@SiC MOSFET的@@分界点则没那么@@明显@@，即使@@进入饱和@@状态@@，电流@@曲线@@仍有一定斜率的@@上@@升@@。

典型的@@@@IGBT输出特性@@曲线@@@@（左@@）与@@SiC MOSFET输出特性@@曲线@@@@（右@@）

由于@@SiC-MOS器件@@的@@@@VGS(th)随着漏@@极@@@@电压@@的@@增加@@而@@减少@@，饱和@@电流@@@@ID,sat上@@升得更明显@@，原因可参见以下@@公式@@，可以看到@@@@，饱和@@电流@@@@与@@过驱动电压@@@@（VGS-VGSth）的@@平方成正比@@@@。

对系统@@进行短路保护设计必须考虑@@DIBL的@@影响@@。例如@@，我们需要知道直流@@母线电压@@下@@的@@退饱和@@电流@@@@水平@@。在@@器件@@设计中@@，可以通过@@更有效的@@@@p-屏蔽结构和@@更长的@@沟道来减少@@DIBL效应@@。然而@@@@，这两个参数也可能导致更高@@的@@@@RDS,on。

DIBL的@@第@@二@@个效应@@可以通过@@图@@@@3中的@@@@栅@@极@@电荷@@曲线@@来观察@@。VDS变化期间的@@@@VGS是@@一个斜坡@@，而@@IGBT的@@典型栅@@极@@电荷@@曲线@@@@，这时@@是@@一个恒定的@@@@VGS值@@。

栅@@极@@电荷@@曲线@@对比@@@@@@：IGBT与@@SiC MOSFET

因此@@，在@@计算@@重要参数@@QGD时@@，使@@用@@@@斜坡时@@间段是@@不正确的@@@@。更合适的@@方法@@是@@将@@VDS波形与@@@@QG特性@@叠加在@@同一张图@@上@@@@，并如图@@@@@@3所示@@设置取@@值@@范围@@（取@@10%VDS~97%VDS）。

图@@3：英飞凌@@45mΩ/1200V芯片@@的@@栅@@极@@电荷@@特性@@@@（蓝色@@），在@@800V、20A、25°C、VGS-5V→15V的@@情况下@@@@，开通时@@测量@@@@，利用@@@@VDS（红色@@）波形提取@@@@QGD

这其实是@@在@@对测得的@@小信号电容@@@@CGD进行积分@@。

上@@述方法@@可得@@45mΩ器件@@QGD为@@13nC。从@@图@@@@3中还可以提取@@使@@@@VGS达到@@@@阈值@@@@水平所需的@@电荷@@@@（QGS,th，约@@18nC），可以发现@@QGD/QGS,th之比@@小于@@@@1。这有助于抑制寄生导通@@@@，即在@@@@VDS快速变化的@@情况下@@@@@@，通过@@CGD给@@栅@@极@@充电的@@电荷@@量@@@@，小于@@使@@栅@@极@@电压@@@@VGS抬升至@@阈值@@@@@@VGSth的@@电荷@@量@@。

总@@结一下@@@@，商业化的@@@@SiC MOSFET普遍采用@@@@短沟道设计@@，用@@来降低@@导通@@电阻@@@@@@，这使@@得@@DIBL（漏@@致势垒降低@@效应@@@@）比@@较明显@@。SiC MOSFET中的@@@@DIBL效应@@首先@@表现在@@饱和@@电流@@@@随@@VDS上@@升而@@上@@升@@，其次表现在@@栅@@极@@电荷@@曲线@@中的@@@@米勒平台段呈斜线@@。从@@图@@@@中计算@@得出@@SiC的@@QGD需要将@@VDS与@@栅@@极@@电荷@@曲线@@叠加在@@一起@@，通过@@限定边界条件@@的@@方式得出@@。

Si对比@@@@SiC MOSFET 改变技术@@@@—是@@正确的@@做法@@

judy — Thu, 01 Dec 2022 01:16:42 +0000

作者@@：儒卓力@@功率产品销售经理@@ Hannah Metzner和@@英飞凌@@@@ PSS 部门高@@级工程师@@ René Mente

相比@@@@基于@@@@硅@@@@(Si)的@@MOSFET，基于@@碳化硅@@@@@@(SiC)的@@MOSFET器件@@可实现更高@@的@@效率水平@@，但@@有时@@难以轻易决定这项技术@@是@@否更好的@@选择@@。本文将阐述需要考虑哪些标准因素@@。

超过@@ 1000 V 电压@@的@@应用@@@@通常@@使@@用@@@@@@IGBT解决方案@@。但@@现在@@的@@@@SiC 器件@@性能卓越@@@@，能够实现快速开关的@@单极组件@@，可替代双极@@ IGBT。这些@@SiC器件@@可以在@@较高@@的@@电压@@下@@实施先前仅仅在@@较低电压@@@@ (<600 V) 下@@才可行的@@应用@@@@@@。与@@双极@@ IGBT 相比@@@@，这些@@基于@@@@ SiC 的@@ MOSFET 可将功率损耗降低@@多达@@ 80%。

英飞凌@@进一步优化了@@ SiC器件@@的@@@@优势@@特性@@@@——通过@@使@@用@@@@@@CoolSiC Trench 技术@@，可以实现具有极高@@阈值@@@@电压@@@@ (Vth) 和@@低米勒电容@@的@@@@ MOSFET器件@@。相比@@@@其他@@ SiC MOSFET ，它们对于@@不良的@@寄生导通@@效应@@更具弹性@@。除了@@ 1200 V 和@@ 1700 V 型号之外@@，英飞凌@@还扩展了产品组合@@，加入了@@650 V CoolSiC MOSFET，该@@器件@@也可用@@于@@ 230 V 电源@@应用@@@@@@。这些@@SiC器件@@具有更高@@的@@系统@@效率和@@稳健性@@，以及更低的@@系统@@成本@@，适用@@于电信@@、服务器@@、电动汽车@@充电站@@和@@电池组等应用@@@@@@。

如果在@@基于@@@@Si的@@成熟@@MOSFET技术@@，和@@基于@@@@ SiC 的@@较新@@ MOSFET之间进行选择@@，需要考虑多种因素@@。

应用@@@@效率和@@功率密度@@

与@@Si器件@@相比@@@@@@，SiC器件@@的@@@@RDSon在@@工作温度范围内不易发生波动@@。使@@用@@@@基于@@@@ SiC 的@@ MOSFET，RDSon 数值@@在@@@@ 25°C到@@100°C温度之间仅仅偏移大约@@@@ 1.13 倍@@，而@@使@@用@@@@典型的@@@@基于@@@@Si MOSFET（例如@@英飞凌@@的@@@@@@ CoolMOSTM C7器件@@）时@@，RDSon 则会偏移@@1.67 倍@@。这表明针对@@基于@@@@@@SiC 的@@ MOSFET器件@@，工作温度对于@@功率损耗的@@影响@@要小得多@@，因而@@可以采用@@@@高@@得多的@@工作温度@@。因此@@，基于@@ SiC 的@@ MOSFET 非常适合高@@温应用@@@@@@，或者可以使@@用@@@@较简单的@@冷却解决方案@@来实现相同@@的@@效率水平@@。

图@@片来源@@@@@@：儒卓力@@

与@@ IGBT 相比@@@@，基于@@ SiC 的@@ MOSFET 具有较低的@@电导损耗以及可降低@@多达@@ 80% 的@@开关损耗@@@@。(在@@使@@用@@@@英飞凌@@@@650 V CoolSiC MOSFET的@@示例中@@)

驱动器@@

当从@@@@Si转换到@@@@SiC时@@，其中@@一个问题是@@选择合适的@@驱动器@@@@。如果基于@@@@Si的@@ MOSFET 驱动器@@产生的@@最高@@栅@@极@@导通@@电压@@不超过@@@@15 V，它们通常@@可以继续使@@用@@@@@@。然而@@@@，高@@达@@ 18 V栅@@极@@导通@@电压@@可以进一步显着降低@@电阻@@@@ RDSon（在@@ 60°C 时@@可降低@@多达@@ 18%），因此@@，值@@得考虑改用@@其它驱动器@@@@。

另外@@还建议避免在@@栅@@极@@处出现负电压@@@@，因为@@这会导致@@ VGS(th)发生偏移@@，从@@而@@使@@@@ RDSon 随着工作时@@间延长而@@增加@@。在@@栅@@极@@驱动环路中@@，源@@极电感上@@的@@电压@@降导致高@@@@ di/dt，这可能引起负@@VGS(off)电平@@。很高@@的@@@@ dv/dts 带来了更大@@的@@挑战@@，这是@@由于@@半桥配置中第@@二@@个开关的@@栅@@极@@漏@@极@@电容@@引起的@@@@。可以通过@@降低@@@@ dv/dt 来避免这个问题@@，但@@代价是@@效率的@@下@@降@@。

限制负栅@@极@@电压@@的@@最佳方法@@是@@通过@@开尔文源@@极概念使@@用@@@@单独的@@电源@@和@@驱动器@@电路@@@@，并集成@@二极管@@钳位@@。位于开关的@@栅@@极@@和@@源@@极之间的@@二极管@@钳位限制栅@@极@@出现负电压@@@@。

反向恢复电荷@@@@ Qrr

特别针对@@使@@用@@@@导通@@体二极管@@@@进行连续硬换向的@@谐振@@拓扑或设计@@，还必须考虑反向恢复电荷@@@@@@ Qrr。当二极管@@不再导电时@@@@，这是@@必须从@@集成@@的@@体二极管@@@@中去除的@@电荷@@@@（存在@@于所有二极管@@中@@）。各组件制造商都做出了巨大的@@努力@@，以便尽可能地降低@@这种电荷@@@@。英飞凌@@的@@@@“Fast Diode CoolMOS”系列@@就是@@这些@@努力成果的@@示例@@。它们具有更快速的@@体二极管@@@@@@，与@@前代产品相比@@@@@@，可以将@@ Qrr 降低@@ 10 倍@@。英飞凌@@的@@@@ CoolSiC 系列@@在@@这方面取@@得了进步@@，与@@最新的@@@@ CoolMOS 组件相比@@@@@@，这些@@SiC MOSFET 实现了@@10 倍@@的@@性能改进@@。

Trench 技术@@极大程度地减少了使@@用@@@@中的@@@@功率损耗@@，并提供了极高@@的@@运行可靠性@@。

采用@@@@CoolSiC技术@@，用@@户可以开发具有更少组件和@@磁性@@188足彩外围@@app 及散热器的@@系统@@@@，从@@而@@简化系统@@设计@@，并减低体积和@@成本@@。借助@@Trench 技术@@，这些@@组件还保证达到@@@@极低的@@使@@用@@@@损耗和@@极高@@的@@运行可靠性@@。

功率因数校正@@ (PFC)

目前@@行业的@@重点是@@提高@@系统@@效率@@。为@@了实现至@@少@@ 98% 的@@效率数值@@@@，业界针对@@功率因数校正@@@@ (PFC)付出了很多努力@@。具备优化@@ Qrr 的@@ 基于@@SiC MOSFET 有助于实现这一目标@@。它们可以实现用@@于@@PFC的@@硬开关半桥@@/全@@桥拓扑@@。针对@@CoolMOS 技术@@，英飞凌@@先前推荐@@“三角电流@@模式@@(Triangular Current Mode)”方法@@，但@@使@@用@@@@@@ SiC 器件@@可以实现具有连续导通@@模式的@@图@@腾柱@@ PFC。

输出电容@@@@ COSS

在@@硬开关拓扑中必须消耗存储的@@能量@@ EOSS；对于@@最新的@@@@ CoolMOS型款@@，这种能量通常@@较大@@。然而@@@@，与@@图@@腾柱@@ PFC 的@@导通@@损耗相比@@@@@@，它仍然相对较低@@，因此@@可以忽略不计@@，至@@少初期如此@@。较低的@@电容@@意味着可以从@@更快的@@开关速度中受益@@，但@@这也可能引起导通@@期间的@@漏@@极@@源@@极电压@@@@过冲@@ (VDS)。

针对@@基于@@@@Si的@@ MOSFET，可以通过@@使@@用@@@@@@外部栅@@极@@电阻@@加以补偿@@，以降低@@开关速率@@，并且在@@漏@@源@@处实现所需的@@@@ 80% 电压@@降额@@。这种解决方案@@的@@缺点是@@增加电流@@会导致更多开关损耗@@@@，尤其是@@在@@关断期间@@。

在@@50 V漏@@源@@电压@@下@@@@，基于@@ SiC 的@@ MOSFET 的@@输出电容@@@@要大于可比@@较的@@基于@@@@ Si 的@@功率半导体@@器件@@@@，但@@ COSS/VDS 的@@关系更加线性@@。其结果是@@@@，相比@@@@基于@@@@ Si 的@@MOSFET型款@@，基于@@ SiC 的@@ MOSFET 允许在@@相同@@@@的@@电路@@中使@@用@@@@较低的@@外部电阻@@@@，而@@不会超出最大漏@@源@@电压@@@@。这在@@某些电路@@拓扑中是@@有利的@@@@，例如@@在@@@@ LLC 谐振@@ DC/DC 转换器中@@，可以省去额外的@@栅@@极@@电阻@@器@@。

结论@@

尽管@@SiC技术@@拥有诸多优势@@，但@@基于@@@@Si的@@ MOSFET不一定会过时@@@@。部分原因是@@由于@@体二极管@@@@的@@阈值@@@@电压@@要高@@得多@@，直接使@@用@@@@基于@@@@@@ SiC 的@@型款@@来替换基于@@@@ Si 的@@ MOSFET，将会导致体二极管@@@@的@@功率损耗增加四倍@@@@，基本上@@抵消了效率增益@@。如要真正受益于基于@@@@ SiC 的@@ MOSFET 的@@更高@@效@@率@@，必须在@@@@ MOSFET 通道上@@使@@用@@@@@@ PFC 的@@升压功能@@，而@@不是@@在@@体二极管@@@@上@@反向使@@用@@@@@@。还必须优化死区时@@间性能@@，以充分利用@@@@基于@@@@ SiC 的@@ MOSFET 的@@优势@@。

文章来源@@@@@@：儒卓力@@

SiC-MOSFET

1000h SiC MOSFET体二极管@@@@可靠性@@报告@@

judy — Mon, 11 Jul 2022 06:46:33 +0000

碳化硅@@@@功率器件@@突破了硅@@功率器件@@的@@@@性能极限@@，能够应用@@@@在@@高@@温@@、高@@频@@、高@@压@@、大电流@@等恶劣环境中@@，同时@@提高@@系统@@效率@@，降低@@系统@@成本@@。然而@@@@恶劣的@@应用@@@@环境使@@得碳化硅@@@@功率器件@@的@@@@可靠性面临严峻的@@挑战@@。由于@@针对@@碳化硅@@@@器件@@材料不同特性@@的@@可靠性测试研究@@还未成熟@@，碳化硅@@@@功率器件@@的@@@@可靠性测试基本沿用@@硅@@功率器件@@的@@@@可靠性测试方法@@@@。碳化硅@@@@材料的@@禁带宽度相比@@@@于硅@@材料的@@更大@@@@，SiC MOSFET体二极管@@@@的@@正向@@压降@@VF比@@Si MOSFET体二极管@@@@的@@正向@@压降@@VF更大@@，导致体二极管@@@@续流的@@功耗增加@@，因此@@SiC MOSFET体二极管@@@@的@@可靠性更值@@得关注@@@@。目前@@SiC MOSFET体二极管@@@@的@@可靠性研究@@论文和@@报告较少@@，本文针对@@@@SiC MOSFET的@@体二极管@@@@可靠性@@进行研究@@@@。

实验过程@@

派恩杰根据@@JEDEC标准搭建一个能同时@@测试多颗@@SiC MOSFET体二极管@@@@可靠性@@的@@测试平台@@，如图@@@@1所示@@，每颗器件@@的@@@@栅@@极@@加负压@@，使@@用@@@@风冷进行散热@@。给@@SiC MOSFET体二极管@@@@长时@@间通直流@@电流@@@@@@，通过@@观察器件@@的@@@@正向@@导通@@能力与@@反向阻断能力的@@退化情况@@，研究@@SiC MOSFET体二极管@@@@可靠性@@。此平台可以采集器件@@的@@@@壳温然后@@@@通过@@上@@位机控制风扇风速实现自动测试不同的@@芯片@@结温@@。

图@@1. 体二极管@@@@可靠性@@测试平台@@

本文采用@@@@派恩杰@@1200V 80mΩ 3pin SiC MOSFET P3M12080K3-732303进行体二极管@@@@可靠性@@测试@@，测试条件@@@@为@@@@Vgs=-5V，Isd=5A。通过@@热成像仪看器件@@的@@@@壳温达到@@@@@@130℃左@@右@@@@，如图@@@@2所示@@。通过@@公式@@Tj=Tc+Rjc*Pd可估算器件@@的@@@@结温在@@@@150℃左@@右@@@@，其中@@Tj是@@器件@@结温@@，Tc是@@器件@@壳温@@，Rjc是@@器件@@结壳热阻@@，Pd是@@器件@@所加功率@@。

图@@2. P3M12080K3体二极管@@@@可靠性@@壳温@@

P3M12080K3体二极管@@@@加@@5A直流@@电流@@@@1000h后@@，典型点值@@阈值@@@@电压@@@@Vth、导通@@电阻@@@@Rdson、耐压@@Bvdss和@@体二极管@@@@正向@@导通@@压降@@VFSD变化率如图@@@@@@3、图@@4、图@@5、图@@6所示@@。可以看出@@Vth、Rdson、Bvdss和@@VFSD的@@变化率均较小@@，全@@部符合规范@@。

图@@3. Vth随时@@间变化率@@

图@@4. Rdson随时@@间变化率@@

图@@5. Bvdss随时@@间变化率@@

图@@6. VFSD随时@@间变化率@@

P3M12080K3体二极管@@@@加@@5A直流@@电流@@@@1000h后@@，耐压@@曲线@@@@、转移曲线@@@@、输出曲线@@@@、VFSD曲线@@等变化如图@@@@@@7、图@@8、图@@9、图@@10所示@@。可以看出@@曲线@@随时@@间的@@变化均较小@@，器件@@的@@@@性能稳定@@。

图@@7. 1000h耐压@@曲线@@@@变化@@@@

图@@8. 1000h转移曲线@@@@变化@@@@

图@@9. 1000h输出曲线@@@@变化@@@@

图@@10. 1000h VFSD曲线@@变化@@

P3M12080K3体二极管@@@@经过@@1000h直流@@可靠性测试@@，器件@@的@@@@性能退化均比@@较小@@，器件@@参数变化率远低于@@@@20%的@@失效标准@@。P3M12080K3长时@@间工作在@@较高@@的@@结温工况且器件@@性能退化较小@@，说明了派恩杰@@SiC MOSFET功率器件@@性能稳定可靠性高@@@@。

文章来源@@@@@@：派恩杰半导体@@

SiC MOSFET的@@桥式结构@@@@

judy — Thu, 13 Jan 2022 07:57:27 +0000

在@@探讨@@“SiC MOSFET：桥式结构@@中@@Gate-Source电压@@的@@动作@@”时@@，本文先对@@SiC MOSFET的@@桥式结构@@@@和@@工作进行介绍@@，这也是@@这个主题的@@前提@@。

SiC MOSFET的@@桥式结构@@@@

下@@面给@@出的@@电路@@图@@是@@在@@桥式结构@@中@@使@@用@@@@@@SiC MOSFET时@@最简单的@@同步式@@boost电路@@。该@@电路@@中@@使@@用@@@@的@@@@SiC MOSFET的@@高@@边@@（HS）和@@低边@@（LS）是@@交替导通@@的@@@@，为@@了防止@@HS和@@LS同时@@导通@@@@，设置了两个@@SiC MOSFET均为@@@@OFF的@@死区时@@间@@。右@@下@@方的@@波形表示@@其门极信号@@（VG）时@@序@@。

该@@电路@@中@@HS和@@LS MOSFET的@@Drain-Source电压@@（VDS）和@@漏@@极@@电流@@@@（ID）的@@波形示意图@@如下@@@@。这是@@电感@@L的@@电流@@处于连续动作状态@@，即所谓的@@硬开关状态的@@波形@@。

横轴表示@@时@@间@@，时@@间范围@@Tk（k=1～8）的@@定义如下@@@@：

T1： LS为@@ON时@@、MOSFET电流@@变化的@@时@@间段@@@@
T2： LS为@@ON时@@、MOSFET电压@@变化的@@时@@间段@@@@
T3： LS为@@ON时@@的@@时@@间段@@@@
T4： LS为@@OFF时@@、MOSFET电压@@变化的@@时@@间段@@@@
T5： LS为@@OFF时@@、MOSFET电流@@变化的@@时@@间段@@@@
T4～T6： HS变为@@@@ON之前的@@死区时@@间@@@@
T7： HS为@@ON的@@时@@间段@@（同步整流时@@间段@@）
T8： HS为@@OFF时@@、LS变为@@@@ON之前的@@死区时@@间@@@@

从@@下@@一篇文章开始@@，将以上@@@@述内容为@@前提展开介绍@@。希望通过@@本文大致了解这种@@SiC MOSFET桥式电路@@的@@工作@@、以及电压@@和@@电流@@的@@波形@@。

本文转载自@@：Rohm