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碳化硅FET推动了电力电子技术的发展

发布时间:2020-11-03 责任编辑:wenwei

【导读】碳化硅(SiC)JFET是一种晶体管类型,它提供单位面积上最低的导通电阻RDS(on),是一种性能稳定的器件。与传统的MOSFET器件相比,JFET不易发生故障,适合断路器和限流应用。例如,如果你用1毫安的电流偏置一个JFET的栅极,并监控栅极电压Vgs,见图1,你可以监控器件的温度,因为Vgs随温度线性降低。此属性对于需要功率场效应管(Sic JFET)的功率模块应用程序特别有用,它可以监视其自身的运行状况。
 
碳化硅FET推动了电力电子技术的发展
图1:UnitedSiC的SIC JFET和SIC共源共栅结构的FET
 
对于需要常闭设备的电力电子应用,我们开发了一种共源共栅结构的SiC,见图1。在共源共栅结构中,功率MOSFET堆叠在JFET的顶部,并封装在一起以获得非常低的热阻。MOSFET具有+/-20 V栅极额定值,具有ESD保护,并且具有5 V阈值,使其成为12V栅极驱动应用的理想选择。
 
我们开发的650伏-1200伏碳化硅器件有许多潜在的应用领域,从汽车到可再生能源。见图2。
 
碳化硅FET推动了电力电子技术的发展
图2:主要应用领域和SiC场效应晶体管的好处
 
功率转换、电路保护和电机驱动都是功率场效应晶体管的常用案例。所提到的许多应用的一个共同特点是,栅极驱动特性与其他一些器件(如mosfet和igbt)兼容,使得它们易于在现有的开发中进行设计。sic jfet比sic mosfet在长时间和重复的短路循环方面更为稳定,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(如汽车)非常有利。
 
对于可再生能源设备,如太阳能逆变器和储能设备,我们的碳化硅器件具有极低的RDS(on)特性,可将散热量保持在最低水平。从电路保护的角度来看,低RDS(on)也使得sic jfet的使用与低接触电阻继电器和接触器具有很强的竞争力。
 
我们的SiC FET,即使在MOSFET共源共栅结构中,也提供了业界最低的RDS(on)规格,如图3所示。650V的器件只有7MΩ,而1200V的器件只有9MΩ。
 
碳化硅FET推动了电力电子技术的发展
图3:RDS最低的UnitedSiC SiC设备的行业比较
 
由于RDS(on)随温度稳定增加,我们的SiC FET器件很容易并联,但是温度的增加比同类硅器件低得多。例如,在图4(左图)中,7 mW 650 V部件RDS(on)在150°C时仍低于10 mΩ。
 
碳化硅FET推动了电力电子技术的发展
图4:接通电阻和温度的比较
 
UnitedSiC FET系列可以并联在一起,安装在一个液冷散热器上,并以更高的频率驱动,所有这些对于过去选择IGBT的各种电力电子应用都是有价值的规范参数。此外,我们的碳化硅器件不显示膝电压,集成了一个优异的体二极管,并足够稳定。在没有膝电压的情况下,即使在中等负载下,器件也能以非常高的效率工作。
 
使用共源共栅技术安排,我们已经能够将大多数封装尺寸中电阻最低的场效应晶体管推向市场。例如,我们的UF3SC06503D8S和xx40D8S SiC FET采用DFN8x8封装,25°C下的RDS(on)分别为34 mΩ和45 mΩ。即使在高温下,电阻也不会显著增加,与其他有竞争力的硅和氮化镓器件相比,电阻提高了2到3倍。另外,两种器件的电容值都相对较低,这进一步有助于功率转换电路的设计。
 
通常使用jfet可以简化反激变换器的设计。我们的紧凑型、极低导通电阻的650 V至1700 V JFET,可用于启动反激电路-见图5。开始时,电流流过一次绕组、JFET Q2、二极管D2和电阻器R1,为电容器C1充电,后者为控制IC提供电源。一旦C1上的电压超过控制IC的欠压锁定,连接到控制IC的MOSFET Q1就开始切换。
 
 
碳化硅FET推动了电力电子技术的发展
图5:MOSFET、反激变换器IC和JFET的创新封装,以生产复杂的高性能转换器
 
通过将控制IC和MOSFET Q1封装到单个IC中,然后将JFET Q1与之共同封装,可产生紧凑、高性能、经济高效的反激解决方案。进一步缩小变频器的体积,使变频器的物理尺寸进一步减小。这种设计方法可以使用1700伏JFET在额定400v母线电压下工作,最高可达1000v。从智能手机充电器到工业电源,各种电源设计都可以用这种方式设计。
 
 
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