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碳化硅(SiC)FET如何推动电力电子技术的发展?

2020-10-21 11:53 来源:电源网编译 编辑:咩咩

碳化硅(SiC)JFET是基于结点的常开晶体管类型,在单位面积上提供最低的导通电阻RDS(on),并且是一种坚固的器件。与传统的MOSFET器件相比,JFET不太容易发生故障,并且适合于断路器件和限流应用。例如,如果用1mA电流偏置JFET的栅极,并监视栅极电压Vgs(请参见图1),则可以跟踪器件的温度,因为Vgs随温度线性降低。此属性对于需要功率FET(SiC JFET)可以监控自身状态的功率模块应用特别有用。

碳化硅(SiC)FET如何推动电力电子技术的发展?

图1:UnitedSiC的SIC JFET和SiC级联排列FET(来源:UnitedSiC)

对于需要常关器件的功率电子应用,我们开发了一种共源共栅配置的SiC(参见图1)。在共源共栅布局中,功率MOSFET堆叠在JFET的顶部,并封装在一起以降低功耗和热阻。该MOSFET的栅极额定值为+/- 20 V,受到ESD保护,并具有5V阈值,非常适合12V栅极驱动应用。

我们开发的650 V-1200 V SiC器件有许多潜在的应用领域,包括从汽车到可再生能源(参见图2)。

碳化硅(SiC)FET如何推动电力电子技术的发展?

图2:主要应用领域和SiC FET的优势(来源:UnitedSiC)

功率转换,电路保护和电机驱动器都是功率FET的流行用例,我们的SiC FET具有许多优势。提到的许多应用程序的共同特征是栅极驱动特性与MOSFET和IGBT等某些其他器件兼容,从而使其易于设计到现有开发中。SiC JFET在较长且重复的短路循环中比SiC MOSFET具有更高的鲁棒性,并且所使用的烧结工艺技术实现了较低的热阻,这对于某些液冷设计(例如汽车)而言非常有益。

对于可再生能源设备,例如太阳能逆变器和储能,我们的SiC器件具有极低的RDS(on)特性,可将发热量降至最低。从电路保护的角度来看,低RDS(on)也使SiC JFET的使用与低接触电阻继电器和接触器极具竞争力。

与其他类似部件相比,即使采用MOSFET级联结构,我们的SiC FET仍可提供业界最低的RDS(on)规范(请参见图3)。650V器件仅为7mΩ,而1200 V部件仅为9mΩ。

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图3:RDS(on)最低的UnitedSiC SiC器件的行业比较(来源:UnitedSiC)

我们的SiC FET设计易于并行化,因为RDS(on)随温度稳定增加,但这种增加远低于同类硅器件。例如,在图4(左图)中,在150°C时7mΩ650 V的部分RDS(on)仍低于10mΩ。

碳化硅(SiC)FET如何推动电力电子技术的发展?

图4:导通电阻与温度的比较(来源:UnitedSiC)

UnitedSiC FET系列可以并联在一起,安装在液冷散热器上,并以更高的频率驱动,这对于过去选择IGBT的各种电力电子应用来说都是有价值的规范参数。此外,我们的SiC器件不显示拐点电压,并集成了出色的体二极管,并且足够坚固,可以承受反复的短路。没有拐点电压,即使在中等负载下,这些设备也可以以很高的效率工作。

使用共源共栅技术,我们已经能够将大多数封装尺寸的导通电阻最低的FET推向市场。例如,我们的UF3SC065030D8S和xx40D8S SiC FET采用DFN8x8封装,在25°C下的RDS(on)分别为34mΩ和45mΩ。即使在高温下,其电阻也不会显着增加,与其他竞争产品硅和GaN器件相比,电阻提高了2到3倍。而且,两个器件都具有相对较低的电容值,进一步有助于功率转换电路设计。

常开JFET可用于简化反激转换器的设计。借助我们的紧凑型,导通电阻极低的650 V至1700 V JFET,它们可用于启动反激电路(参见图5)。开始时,电流流过初级绕组,JFET Q2,二极管D2,电阻器R1对电容器C1充电,电容器C1为控制IC提供电源。一旦C1两端的电压超过控制IC的欠压锁定,连接到控制IC的MOSFET Q1就开始开关。现在,Q1/Q2组合可作为正常关闭的级联。

碳化硅(SiC)FET如何推动电力电子技术的发展?

图5:MOSFET,反激式转换器IC和JFET的创新封装,以生产复杂的高性能转换器(来源:UnitedSiC)

通过将控制IC和MOSFET Q1封装到单个IC中,然后将JFET Q1与它一起共封装,可以提供紧凑、高性能、具有成本效益的反激解决方案。此外,使用SiC器件可使反激式转换器以高达3倍的更高频率工作,从而减小了变压器和电感器的物理尺寸,从而进一步缩小了转换器的尺寸。使用1700V JFET,该设计方法可以在标称400 V总线电压高达1000 V的情况下工作。从智能手机充电器到工业电源,无数种电源设计都可以采用这种方式进行架构。

UnitedSiC在创新碳化硅FET器件(SiC JFET)方面处于领先地位,可为功率转换、电路保护和电机驱动应用提供最高水平的功率效率和最低的导通电阻。

本文编译自powerelectronicsnews。

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