碳化硅（SiC）FET如何推動電力電子技術(shù)的發(fā)展？
2021-03-04 22:58??????
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碳化硅（SiC）JFET是基于結(jié)點的常開晶體管類型，在單位面積上提供最低的導(dǎo)通電阻RDS（on），并且是一種堅固的器件。與傳統(tǒng)的MOSFET器件相比，JFET不太容易發(fā)生故障，并且適合于斷路器件和限流應(yīng)用。例如，如果用1mA電流偏置JFET的柵極，并監(jiān)視柵極電壓Vgs（請參見圖1），則可以跟蹤器件的溫度，因為Vgs隨溫度線性降低。此屬性對于需要功率FET（SiC JFET）可以監(jiān)控自身狀態(tài)的功率模塊應(yīng)用特別有用。
對于需要常關(guān)器件的功率電子應(yīng)用，我們開發(fā)了一種共源共柵配置的SiC（參見圖1）。在共源共柵布局中，功率MOSFET堆疊在JFET的頂部，并封裝在一起以降低功耗和熱阻。該MOSFET的柵極額定值為+/- 20 V，受到ESD保護，并具有5V閾值，非常適合12V柵極驅(qū)動應(yīng)用。
我們開發(fā)的650 V-1200 V SiC器件有許多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，包括從汽車到可再生能源（參見圖2）。
功率轉(zhuǎn)換，電路保護和電機驅(qū)動器都是功率FET的流行用例，我們的SiC FET具有許多優(yōu)勢。提到的許多應(yīng)用程序的共同特征是柵極驅(qū)動特性與MOSFET和IGBT等某些其他器件兼容，從而使其易于設(shè)計到現(xiàn)有開發(fā)中。SiC JFET在較長且重復(fù)的短路循環(huán)中比SiC MOSFET具有更高的魯棒性，并且所使用的燒結(jié)工藝技術(shù)實現(xiàn)了較低的熱阻，這對于某些液冷設(shè)計（例如汽車）而言非常有益。
對于可再生能源設(shè)備，例如太陽能逆變器和儲能，我們的SiC器件具有極低的RDS（on）特性，可將發(fā)熱量降至最低。從電路保護的角度來看，低RDS（on）也使SiC JFET的使用與低接觸電阻繼電器和接觸器極具競爭力。
與其他類似部件相比，即使采用MOSFET級聯(lián)結(jié)構(gòu)，我們的SiC FET仍可提供業(yè)界最低的RDS（on）規(guī)范（請參見圖3）。650V器件僅為7mΩ，而1200 V部件僅為9mΩ。
我們的SiC FET設(shè)計易于并行化，因為RDS（on）隨溫度穩(wěn)定增加，但這種增加遠(yuǎn)低于同類硅器件。例如，在圖4（左圖）中，在150°C時7mΩ650 V的部分RDS（on）仍低于10mΩ。
UnitedSiC FET系列可以并聯(lián)在一起，安裝在液冷散熱器上，并以更高的頻率驅(qū)動，這對于過去選擇IGBT的各種電力電子應(yīng)用來說都是有價值的規(guī)范參數(shù)。此外，我們的SiC器件不顯示拐點電壓，并集成了出色的體二極管，并且足夠堅固，可以承受反復(fù)的短路。沒有拐點電壓，即使在中等負(fù)載下，這些設(shè)備也可以以很高的效率工作。
使用共源共柵技術(shù)，我們已經(jīng)能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)封裝尺寸的導(dǎo)通電阻最低的FET推向市場。例如，我們的UF3SC065030D8S和xx40D8S SiC FET采用DFN8x8封裝，在25°C下的RDS（on）分別為34mΩ和45mΩ。即使在高溫下，其電阻也不會顯著增加，與其他競爭產(chǎn)品硅和GaN器件相比，電阻提高了2到3倍。而且，兩個器件都具有相對較低的電容值，進一步有助于功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計。
常開JFET可用于簡化反激轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。借助我們的緊湊型，導(dǎo)通電阻極低的650 V至1700 V JFET，它們可用于啟動反激電路（參見圖5）。開始時，電流流過初級繞組，JFET Q2，二極管D2，電阻器R1對電容器C1充電，電容器C1為控制IC提供電源。一旦C1兩端的電壓超過控制IC的欠壓鎖定，連接到控制IC的MOSFET Q1就開始開關(guān)。現(xiàn)在，Q1/Q2組合可作為正常關(guān)閉的級聯(lián)。
通過將控制IC和MOSFET Q1封裝到單個IC中，然后將JFET Q1與它一起共封裝，可以提供緊湊、高性能、具有成本效益的反激解決方案。此外，使用SiC器件可使反激式轉(zhuǎn)換器以高達(dá)3倍的更高頻率工作，從而減小了變壓器和電感器的物理尺寸，從而進一步縮小了轉(zhuǎn)換器的尺寸。使用1700V JFET，該設(shè)計方法可以在標(biāo)稱400 V總線電壓高達(dá)1000 V的情況下工作。從智能手機充電器到工業(yè)電源，無數(shù)種電源設(shè)計都可以采用這種方式進行架構(gòu)。
UnitedSiC在創(chuàng)新碳化硅FET器件（SiC JFET）方面處于領(lǐng)先地位，可為功率轉(zhuǎn)換、電路保護和電機驅(qū)動應(yīng)用提供最高水平的功率效率和最低的導(dǎo)通電阻。
