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安世半導(dǎo)體SiC MOSFET器件都有哪些獨特功能呢?

安世半導(dǎo)體 ? 來源:安世半導(dǎo)體 ? 2024-03-21 11:27 ? 次閱讀

碳化硅(SiC) MOSFET 日益普及的背后有一些關(guān)鍵的驅(qū)動因素,包括充電站、太陽能光伏(PV)、電動汽車(EV)驅(qū)動、不間斷電源(UPS)和電池儲能系統(tǒng)(BESS)等現(xiàn)代電力電子應(yīng)用中對更高效率、更低能耗和更低總擁有成本日益旺盛的需求。本文介紹 Nexperia(安世半導(dǎo)體)的 SiC MOSFET 器件的一些獨特功能,這些功能為這些應(yīng)用帶來了其他制造商的類似器件無法提供的優(yōu)勢。

01

工作溫度范圍內(nèi)RDson漂移超低

一般來說,SiC 素有溫度穩(wěn)定性的優(yōu)勢,但是,隨著典型器件中的結(jié)溫升高,RDSon在整個工作溫度范圍內(nèi)通常會增加到 1.6 至 2 倍。例如,某個器件在 25℃ 時 RDSon為 40 mΩ,而當結(jié)溫達到 175℃ 時,RDSon可達到 80 mΩ。為克服這一限制,Nexperia(安世半導(dǎo)體)設(shè)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,25℃ 時 RDSon為 40 mΩ 的 Nexperia SiC MOSFET 在 175℃ 結(jié)溫時 RDSon僅為至 56 mΩ。

與其他供應(yīng)商的類似器件相比,這種出色的溫度穩(wěn)定性具有減少高工作溫度下導(dǎo)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(zhuǎn)換應(yīng)用,這些應(yīng)用通常會經(jīng)歷較高的工作溫度,例如電機驅(qū)動、充電基礎(chǔ)設(shè)施、太陽能光伏、UPS 等。

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圖1:Nexperia 的 SiC MOSFET 具有業(yè)界少有的低 RDSon漂移

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重要指標, 2.5 至 4 V 范圍內(nèi)通常提供可接受的工作裕度。Nexperia 設(shè)計的 1200 V SiC MOSFET 閾值電壓為 2.9 V,正好處于這個安全工作范圍內(nèi)。雖然閾值電壓的實際值很重要,但器件安全工作的一個相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)是閾值電壓容差。該參數(shù)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關(guān)鍵優(yōu)勢是,它可以在多個并聯(lián)的 SiC MOSFET 之間實現(xiàn)高度對稱的開關(guān)行為,而并聯(lián)是許多電源應(yīng)用中的常見布局形式。這種“平衡的并聯(lián)”減少了單個器件的應(yīng)力(否則器件可能會在動態(tài)開關(guān)操作期間經(jīng)歷高電流負載),進而增強電路性能并延長產(chǎn)品壽命。與類似的競品器件相比,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),可確保器件實現(xiàn)出色的平衡并聯(lián)(圖2)。

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圖2:Vth的低變化意味著 Nexperia 的 SiC MOSFET 可實現(xiàn)器件的平衡并聯(lián)

03

優(yōu)異的柵極電荷參數(shù)

對于 SiC MOSFET 來說,具有低柵極電荷(QG)非常重要,因為這可以降低開關(guān)操作期間的柵極驅(qū)動損耗,還可以降低功耗和對柵極驅(qū)動器的其他要求。另外,其他和開關(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(wěn)定的性能(不會產(chǎn)生不必要的米勒導(dǎo)通不穩(wěn)定性)。Nexperia 設(shè)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(wěn)健性和安全開關(guān)性能的優(yōu)異組合。

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圖3:Nexperia 的 SiC MOSFET 具有低柵極電荷和電荷比

04

超低正向壓降

SiC MOSFET 通常用于具有高邊和低邊 MOSFET 的對稱橋配置,即一個器件導(dǎo)通時,另一個器件則關(guān)斷。為防止發(fā)生潛在的破壞性短路,需要一定的“死區(qū)時間”(兩個器件都處于關(guān)斷狀態(tài)的短暫持續(xù)時間)。盡管如此,即使在死區(qū)時間內(nèi),電流也會繼續(xù)流過MOSFET的體二極管,并且產(chǎn)生的壓降高于器件通道導(dǎo)通時的壓降。死區(qū)時間間隔內(nèi)升高的壓降會帶來更高的功率損耗。

Nexperia 的 1200 V SiC MOSFET 具有出色的體二極管穩(wěn)健性,相較于市場上其他類似的 SiC 同類產(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(yīng)商具有類似 RDSon的器件的正向壓降通常超過 5 V。因此,與其他具有相同工作條件(和死區(qū)時間)的器件相比,Nexperia 的 1200 V SiC MOSFET 的損耗要低得多。這可以防止過度散熱,并使設(shè)計人員能夠靈活地設(shè)置應(yīng)用所需的死區(qū)時間。

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圖4:Nexperia 的 SiC MOSFET 具有低正向壓降

結(jié)論

SiC MOSFET 相對于同類硅產(chǎn)品的優(yōu)勢眾所周知,但隨著這些器件的普及,設(shè)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(shè)計的 SiC MOSFET 具有業(yè)界領(lǐng)先的指標,包括工作溫度范圍內(nèi)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(shù)為電力電子設(shè)計人員提供了使用類似競爭器件無法實現(xiàn)的優(yōu)勢。




審核編輯:劉清

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原文標題:干貨分享 | 一文了解安世半導(dǎo)體碳化硅MOSFET的過人之處

文章出處:【微信號:Nexperia_China,微信公眾號:安世半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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