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2017.11.09 SiC功率元器件

所谓SiC-MOSFET-与Si-MOSFET的区别

所谓SiC-MOSFET

从本文开始,将逐一进行SiC-MOSFET与其他功率晶体管的比较。

本文将介绍与Si-MOSFET的区别。尚未使用过SiC-MOSFET的人,与其详细研究每个参数,不如先弄清楚驱动方法等与Si-MOSFET有怎样的区别。在这里介绍SiC-MOSFET的驱动与Si-MOSFET的比较中应该注意的两个关键要点。

与Si-MOSFET的区别:驱动电压

SiC-MOSFET与Si-MOSFET相比,由于漂移层电阻低,通道电阻高,因此具有驱动电压即栅极-源极间电压Vgs越高导通电阻越低的特性。下图表示SiC-MOSFET的导通电阻与Vgs的关系。

导通电阻从Vgs为20V左右开始变化(下降)逐渐减少,接近最小值。一般的IGBT和Si-MOSFET的驱动电压为Vgs=10~15V,而SiC-MOSFET建议在Vgs=18V前后驱动,以充分获得低导通电阻。也就是说,两者的区别之一是驱动电压要比Si-MOSFET高。与Si-MOSFET进行替换时,还需要探讨栅极驱动器电路。

与Si-MOSFET的区别:内部栅极电阻

SiC-MOSFET元件本身(芯片)的内部栅极电阻Rg依赖于栅电极材料的薄层电阻和芯片尺寸。如果是相同设计,则与芯片尺寸成反比,芯片越小栅极电阻越高。同等能力下,SiC-MOSFET的芯片尺寸比Si元器件的小,因此栅极电容小,但内部栅极电阻增大。例如,1200V 80mΩ产品(S2301为裸芯片产品)的内部栅极电阻约为6.3Ω。

这不仅局限于SiC-MOSFET,MOSFET的开关时间依赖于外置栅极电阻和上面介绍的内部栅极电阻合在一起的综合栅极电阻值。SiC-MOSFET的内部栅极电阻比Si-MOSFET大,因此要想实现高速开关,需要使外置栅极电阻尽量小,小到几Ω左右。

但是,外置栅极电阻还承担着对抗施加于栅极的浪涌的任务,因此必须注意与浪涌保护之间的良好平衡。

关键要点:

・为使SiC-MOSFET获得低导通电阻,Vgs需要在18V前后,要比Si-MOSFET高。

・SiC-MOSFET的内部栅极电阻比Si-MOSFET大,因此外置Rg较小,但需要权衡浪涌保护。

SiC(碳化硅)功率元器件的理解和活用事例