- 來(lái)源: 原創(chuàng )?安世半導體?安
- 日期: 2024-04-11
優(yōu)勢
01
工作溫度范圍內RDson漂移超低
一般來(lái)說(shuō)，SiC 素有溫度穩定性的優(yōu)勢，但是，隨著(zhù)典型器件中的結溫升高，RDSon在整個(gè)工作溫度范圍內通常會(huì )增加到 1.6 至 2 倍。例如，某個(gè)器件在 25℃ 時(shí) RDSon 為 40 mΩ，而當結溫達到 175℃ 時(shí)，RDSon 可達到 80 mΩ。為克服這一限制，Nexperia（安世半導體）設計了 1200 V SiC MOSFET，使其具有業(yè)界少有的低 RDSon 溫度漂移——僅為 1.4 倍（圖1）。這意味著(zhù)，25℃ 時(shí) RDSon 為 40 mΩ 的 Nexperia SiC MOSFET 在 175℃ 結溫時(shí) RDSon 僅為至 56 mΩ。與其他供應商的類(lèi)似器件相比，這種出色的溫度穩定性具有減少高工作溫度下導通損耗的益處。此功能使 Nexperia SiC 器件非常適合要求苛刻的電源轉換應用，這些應用通常會(huì )經(jīng)歷較高的工作溫度，例如電機驅動(dòng)、充電基礎設施、太陽(yáng)能光伏、UPS 等。
優(yōu)勢
02
超低閾值電壓容差
MOSFET 的閾值電壓(Vth)是器件安全工作的一個(gè)重要指標， 2.5 至 4 V 范圍內通常提供可接受的工作裕度。Nexperia 設計的 1200 V SiC MOSFET 閾值電壓為 2.9 V，正好處于這個(gè)安全工作范圍內。雖然閾值電壓的實(shí)際值很重要，但器件安全工作的一個(gè)相關(guān)關(guān)鍵參數是閾值電壓容差。該參數表示指定的閾值電壓的最小值和最大值之間的變化。低閾值電壓容差的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是，它可以在多個(gè)并聯(lián)的 SiC MOSFET 之間實(shí)現高度對稱(chēng)的開(kāi)關(guān)行為，而并聯(lián)是許多電源應用中的常見(jiàn)布局形式。這種“平衡的并聯(lián)”減少了單個(gè)器件的應力（否則器件可能會(huì )在動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)操作期間經(jīng)歷高電流負載），進(jìn)而增強電路性能并延長(cháng)產(chǎn)品壽命。與類(lèi)似的競品器件相比，Nexperia 的 SiC MOSFET 的閾值電壓變化最低，僅為1.2 V（即使在最壞情況條件下），可確保器件實(shí)現出色的平衡并聯(lián)（圖2）。
優(yōu)勢
03
優(yōu)異的柵極電荷參數
對于 SiC MOSFET 來(lái)說(shuō)，具有低柵極電荷(QG)非常重要，因為這可以降低開(kāi)關(guān)操作期間的柵極驅動(dòng)損耗，還可以降低功耗和對柵極驅動(dòng)器的其他要求。另外，其他和開(kāi)關(guān)性能密切相關(guān)但經(jīng)常被忽視的指標包括柵漏電荷(QGD)和柵源電荷(QGS)之間的比率。如果 QGD 低于 QGS，SiC MOSFET 可提供最穩定的性能（不會(huì )產(chǎn)生不必要的米勒導通不穩定性）。Nexperia 設計的 1200 V SiC MOSFET 不僅具有低 QG，而且還具有出色的 QGD 與 QGS 電荷比（圖3）。這確保了它們提供低功耗、出色的穩健性和安全開(kāi)關(guān)性能的優(yōu)異組合。
優(yōu)勢
04
超低正向壓降
SiC MOSFET 通常用于具有高邊和低邊 MOSFET 的對稱(chēng)橋配置，即一個(gè)器件導通時(shí)，另一個(gè)器件則關(guān)斷。為防止發(fā)生潛在的破壞性短路，需要一定的“死區時(shí)間”（兩個(gè)器件都處于關(guān)斷狀態(tài)的短暫持續時(shí)間）。盡管如此，即使在死區時(shí)間內，電流也會(huì )繼續流過(guò)MOSFET的體二極管，并且產(chǎn)生的壓降高于器件通道導通時(shí)的壓降。死區時(shí)間間隔內升高的壓降會(huì )帶來(lái)更高的功率損耗。Nexperia 的 1200 V SiC MOSFET 具有出色的體二極管穩健性，相較于市場(chǎng)上其他類(lèi)似的 SiC 同類(lèi)產(chǎn)品，具有更低的正向壓降（圖4）。在 85℃ 25 A 的工作電流下，Nexperia 的 SiC MOSFET 的壓降約為 3.5 V，而其他供應商具有類(lèi)似 RDSon 的器件的正向壓降通常超過(guò) 5 V。因此，與其他具有相同工作條件（和死區時(shí)間）的器件相比，Nexperia 的 1200 V SiC MOSFET 的損耗要低得多。這可以防止過(guò)度散熱，并使設計人員能夠靈活地設置應用所需的死區時(shí)間。
結論
SiC MOSFET 相對于同類(lèi)硅產(chǎn)品的優(yōu)勢眾所周知，但隨著(zhù)這些器件的普及，設計人員需要了解不同制造商的 SiC 器件在其提供的性能優(yōu)勢方面存在很大差異。Nexperia 設計的 SiC MOSFET 具有業(yè)界領(lǐng)先的指標，包括工作溫度范圍內超低的RDSon 漂移、超低閾值電壓差、低柵極電荷以及卓越的柵極電荷比和超低正向壓降。這些優(yōu)異的工作參數為電力電子設計人員提供了使用類(lèi)似競爭器件無(wú)法實(shí)現的優(yōu)勢。
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作者簡(jiǎn)介
Sebastian 在電力電子領(lǐng)域擁有十多年的經(jīng)驗，尤其是在碳化硅(SiC)和寬帶隙技術(shù)方面。他成功地在漢堡聯(lián)邦國防軍大學(xué)完成了有關(guān)使用 SiC-MOSFET 的新型多級功率轉換器構想的博士學(xué)位論文。Sebastian 于 2019 年加入 Nexperia 的產(chǎn)品應用工程師團隊，他的主要工作重點(diǎn)是為實(shí)現新電源產(chǎn)品提供支持，以強化 Nexperia 的功率產(chǎn)品組合。
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