UnitedSiC 750V第4代SiC FET的性能解析

UnitedSiC(現(xiàn)為Qorvo)擴(kuò)展了其突破性的第4代 SiC FET產(chǎn)品組合, 通過(guò)采用TO-247-4引腳封裝的750V/6mOhm SiC FET和采用D2PAK-7L表面貼裝封裝的9mOhm導(dǎo)通電阻，擴(kuò)大了性能領(lǐng)先地位。 新型碳化硅 FET 采用標(biāo)準(zhǔn)分立式封裝。提供業(yè)界額定值最低的 RDS(on)，是同類(lèi)產(chǎn)品中唯一提供5μs的可靠短路耐受時(shí)間額定值的器件(參見(jiàn)Figure 1)。

【圖 1. 750V第4代UnitedSiC FET極低的 RDS(on) UJ4SC075006K4S 與 SiC MOSFET 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，在類(lèi)似的 650V-750V 等級(jí)和 6mohm 器件的低短路電流延時(shí)為 5μs】

UnitedSiC利用業(yè)界最佳的導(dǎo)通電阻 x 面積 (RDS(on) x A)，在一系列功率水平和封裝選項(xiàng)中擴(kuò)展了其第4代FET 產(chǎn)品組合, 提供一流的品質(zhì)因數(shù)(FoM)。750V 碳化硅 FET 采用 TO-247-3L和 TO-247-4L 插入式封裝, 導(dǎo)通電阻范圍為 6mOhm 至 60mOhm, 采用低電感, 表面貼裝 D2PAK-7L 封裝, 可提供6.7mm 的高壓爬電距離。SiC FET采用先進(jìn)的晶圓減薄和銀燒結(jié)芯片貼裝技術(shù), 提供卓越的熱性能。

圖2所示為擴(kuò)展的750V產(chǎn)品組合, 插入式和表面貼裝器件均具有8個(gè)導(dǎo)通電阻,為設(shè)計(jì)人員提供了更大的靈活性, 可以?xún)?yōu)化其系統(tǒng)的效率, 熱管理復(fù)雜性和成本, 而不必在有限的選擇下妥協(xié)。750V器件的全系列還允許設(shè)計(jì)人員使用UnitedSiC提供的相同基準(zhǔn)技術(shù)來(lái)解決許多應(yīng)用和功率水平, 而不是設(shè)計(jì)多個(gè)不同制造商的SiC組件來(lái)涵蓋其產(chǎn)品范圍。低導(dǎo)通電阻選項(xiàng)采用開(kāi)爾文源連接封裝(TO-247-4L 和 TO-263-7L), 允許用戶(hù)以更干凈的柵極波形快速實(shí)現(xiàn)高電流開(kāi)關(guān)，同時(shí)，低功耗碳化硅 FET (18mOhm-60mOhm) 提供開(kāi)爾文連接和傳統(tǒng)的TO-247-3L 選項(xiàng)。

【圖 2. 750V 第4代 UnitedSiC FET 產(chǎn)品可按 RDS(on) 和分立式封裝類(lèi)型提供】

圖3顯示了設(shè)計(jì)靈活性的一個(gè)例子, 其中比較了3.6kW圖騰柱功率因數(shù)校正(TPPFC)電路中的多個(gè)器件。TO-247-4L FET的范圍為18mOhm至60mOhm, 是TPPFC應(yīng)用的絕佳選擇。該圖顯示了新型23mOhm, 33mOhm和44mOhm 750VSiC FET獲得的性能，達(dá)到超過(guò)99.3%的峰值效率。如果優(yōu)化滿(mǎn)載效率或最小化熱管理要求非常重要, 則可以選擇UJ4C075018K4S。如果輕到中等負(fù)載的效率和性?xún)r(jià)比在客戶(hù)需求方面排名很高, 那么UJ4C075023K4S或UJ4C075033K4S都是絕佳的選擇。同時(shí), 為低功耗(例如1.5kW)系統(tǒng)和低成本選項(xiàng)量身定制選擇可以將設(shè)計(jì)人員引向UJ4C075044K4S和UJ4C075060K4S產(chǎn)品，只需在 UnitedSiC FET-JET 計(jì)算器中, 即可在各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中評(píng)估這些選項(xiàng)中的每一個(gè), 從而說(shuō)明在不影響擴(kuò)展產(chǎn)品組合的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。

【圖 3.750V第4代 UnitedSiC FET 性能在 3.6KW 圖騰柱 PFC 中。彩色條表示使用不同設(shè)備的功率損耗，所有這些設(shè)備都可以使用，但在滿(mǎn)載時(shí)提供不同的效率?！?/p>

UnitedSiC的第4代 SiC FET 提供突破性的性能水平, 旨在加速 WBG在汽車(chē)和工業(yè)充電、牽引逆變器、固態(tài)斷路器、電信整流器、數(shù)據(jù)中心 PFC 和 DC/DC 轉(zhuǎn)換以及可再生能源和儲(chǔ)能應(yīng)用中的采用。 當(dāng)額定值為 750V 時(shí), 該器件為 400V 或 500V 電池/總線(xiàn)電壓應(yīng)用提供了額外的設(shè)計(jì)裕量、盡管提高了額定電壓。但這些器件采用先進(jìn)的電池密度來(lái)降低單位面積的 RDS(on)，在所有封裝中提供業(yè)界電阻最低的產(chǎn)品。此外, 通過(guò)器件先進(jìn)的燒結(jié)芯片貼裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)高額定電流，從而改善了熱性能。SiC FET 提供業(yè)界最佳的比導(dǎo)通電阻(圖 4), 可在整個(gè)溫度范圍內(nèi)大幅降低傳導(dǎo)損耗。

【圖 4. 750V第4代UnitedSiC JFET 單位面積導(dǎo)通電阻，而 SiC 的額定電壓為 650V】

設(shè)計(jì)易用性再次成為特點(diǎn), 因?yàn)樗衅骷伎梢杂脴?biāo)準(zhǔn)的0V至12V或15V柵極驅(qū)動(dòng)電壓安全驅(qū)動(dòng)，在一個(gè)真正的 5V 門(mén)限電壓條件下保持了良好的噪聲裕量。與前幾代產(chǎn)品一樣, 這些新型碳化硅 FET 可在所有典型的 Si IGBT、Si MOSFET 和 SiCMOSFET 驅(qū)動(dòng)電壓下工作, 并包括一個(gè)內(nèi)置的 ESD 柵極保護(hù)鉗。

除了低導(dǎo)通電阻外, 這些新型碳化硅 FET 還可在硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)電路中提高效率. 在圖騰柱PFC或標(biāo)準(zhǔn)2電平逆變器等硬開(kāi)關(guān)電路中, 單位面積的低導(dǎo)通電阻和低輸出電容以及低壓Si MOSFET中接近零的存儲(chǔ)電荷相結(jié)合, 可提供出色的反向恢復(fù)電荷(Qrr)和低Eoss/Qoss。這些器件具有出色而堅(jiān)固的集成二極管, 具有低壓降 VF (<1.75V)。

這些碳化硅 FET 還可在 LLC 或 PSFB 等高頻軟開(kāi)關(guān)諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲刑峁└倪M(jìn)的性能. 750V器件的突破性性能是導(dǎo)通電阻已大幅降低, 同時(shí),為任何給定的RDS(on)提供較低的輸出電容C oss(tr), 軟開(kāi)關(guān)FOM(表示為 RDS(on) x Coss(tr) )優(yōu)勢(shì)在整個(gè)有用工作溫度范圍內(nèi)都是同類(lèi)產(chǎn)品中最好的。

圖5所示的雷達(dá)圖總結(jié)了第4代750V FET與650V-750V競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的比較優(yōu)勢(shì). 當(dāng)考慮關(guān)鍵的硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)參數(shù)時(shí), SiC FET是無(wú)與倫比的，超低的單位面積導(dǎo)通電阻允許標(biāo)準(zhǔn)分立封裝, 其性能水平是現(xiàn)有 Si 或新興的 WBG 競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

【圖5.UnitedSiC 750V FET的雷達(dá)圖，關(guān)鍵參數(shù)歸一化(注：值越低越好)】

總而言之, 這些來(lái)自 UnitedSiC 的 SiC FET 通過(guò)先進(jìn)的第4代技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全新的性能水平。 UnitedSiC 憑借最低的 RDS(on) 6mOhm SiC FET擴(kuò)展了其性能領(lǐng)先地位, 并通過(guò)該電壓等級(jí)中最廣泛的WBG產(chǎn)品組合為用戶(hù)提供了急需的設(shè)計(jì)靈活性. 通過(guò)增加750V選項(xiàng), 設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在擁有了額外的總線(xiàn)電壓裕量。其優(yōu)越的品質(zhì)因數(shù)(FoM)提供了性能更好的 SiC FET 產(chǎn)品，功率設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以在下一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)中從中受益。

審核編輯：湯梓紅