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SiC BJT:史上最高效率的1200V功率转换开关

发布时间:2013-03-29 来源:电子元件技术网 责任编辑:abbywang

【导读】飞兆半导体最近推出的碳化硅(SiC)双极结型晶体管(BJT)将成为IGBT的下一代替代技术,它可以在更高的温度下转换更高的电压和电流。它允许更高的开关频率,但能保持相同或更低的开关和导通损耗,从而允许使用更小的电感、电容和散热器,不仅可降低系统BOM成本,而且可在相同外形因子下提高输出功率,或以更小的外形尺寸提供相同输出功率。

为努力实现更高的功率密度并满足严格的效率法规要求以及系统正常运行时间要求,工业和功率电子设计人员在进行设计时面临着不断降低功率损耗和提高可靠性的难题。 然而,在可再生能源、工业电机驱动器、高密度电源、汽车以及井下作业等领域,要想增强这些关键设计性能,设计的复杂程度就会提高,同时还会导致总体系统成本提高。

为帮助设计人员解决这些难题,飞兆半导体公司开发成功了非常适合功率转换系统的碳化硅(SiC)技术解决方案,进而拓展了该公司在创新型高性能功率晶体管技术领域的领先地位。

与IGBT相比,飞兆半导体最近开发出的碳化硅(SiC) BJT功率器件可实现效率和功率密度的大幅提升,无论在元件还是系统级,这可帮助设计工程师在其设计中满足成本的要求,以及改善功率密度、可靠性和效率。

SiC BJT可提供更高的开关频率和更低的损耗,从而可在相同系统尺寸下实现更高的输出功率,并降低无源元件的成本,因为它允许使用更小的电感、电容和散热器。

SiC BJT可提供目前市场上最低的传导损耗,因为它的导通电阻每平方厘米只有2.2毫欧姆,它的开关总损耗也是最低的,包括驱动器损耗。SiC BJT直流增益大于70。

SiC BJT可提供更高的开关频率,它开与关之间的转换时间只有20ns,而且这一性能与工作温度无关。更重要的一点是,SiC BJT开关转换时没有尾流。

2KW SiC和IGBT升压电路比较
2KW SiC和IGBT升压电路比较

今天的很多电子应用诸如可再生能源、工业控制系统和移动电源都要求高效率、小尺寸和重量轻。SiC BJT刚好可以满足以上要求,与今天的任何其他晶体管(如MOSFET和IGBT)相比,它可提供业内最高的效率,同时它还消除了许多尺寸、重量、温度和效率方面的折中考虑。

在改善效率领域,SiC BJT针对的目标应用包括:太阳能逆变器、充电桩、移动电源、电机驱动、PFC输入级、DC-AC转换器、焊接系统和DC-DC转换器。

与此同时,SiC BJT的另一大独特性能优势是它可以在高温下提供可靠的开关操作,这在油气钻探、能量收集、商业航空、特定的汽车和工业设计应用中是至关重要的。在高温应用领域,SiC BJT针对的目标应用包括:马达和涡轮控制、安全监控、高温马达驱动、高温执行器控制和高温DC转换器。

飞兆8千瓦逆变器方案中SiC和IGBT的性能比较
飞兆8千瓦逆变器方案中SiC和IGBT的性能比较

飞兆SiC BJT的未来发展路线图是:SiC BJT分立元件、SiC二极管、SiC电源模块、SiC BJT IC驱动器、针对高温应用的SiC BJT。

先进的SiC双极结型晶体管(BJT)系列产品可实现更高的效率、电流密度和可靠性,并且能够顺利地在高温下进行可靠工作。 SiC BJT实现了更高的开关频率,这是因为传导和开关损耗较低(30-50%),从而能够在相同尺寸的系统中实现高达40%的输出功率提升。

这些强健的BJT支持使用更小的电感、电容和散热片,可将系统总体成本降低多达20%。 这些业界领先的SiC BJT性能出众,可促进更高的效率和出色的短路及逆向偏压安全工作区,将在高功率转换应用的功率管理优化中发挥重大作用。

飞兆 SiC BJT是下一代功率器件技术
飞兆 SiC BJT是下一代功率器件技术

飞兆半导体还开发了即插即用的分立式驱动器电路板(15A和50A版本),作为整套碳化硅解决方案的一部分,与飞兆半导体的先进SiC BJT配合使用时,不仅能够在减少开关损耗和增强可靠性的条件下提高开关速度,还使得设计人员能够在实际应用中轻松实施SiC技术。飞兆半导体为缩短设计时间、加快上市速度,还提供了应用指南和参考设计。应用指南可供设计人员获取SiC器件设计所必需的其他支持;参考设计有助于开发出符合特定应用需求的驱动器电路板。

SiC BJT的特性可归结为以下三点:1)有史以来最高效的1200 V功率转换开关---最低的总损耗,包括开关、传导及驱动器损耗。所有1200 V器件中最低的开关损耗(任意RON条件下);2)简单直接的驱动----常关功能降低了风险和复杂程度,并减少了限制性能的设计。稳定的基极输入,对过压/欠压峰值不敏感;3)强健且可靠---额定工作温度高: Tj=175°C 。由于RON具有正温度系数,增益具有负温度系数,因此易于并联。稳定持久的Vbe正向电压和反向阻隔能力。

飞兆半导体的SiC BJT采用TO-247封装;符合条件的客户从现在起即可获取工程设计样本。 
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