电源设计技术信息网站

English   繁體中文   日本語   한국어

SiC功率元器件

总结

总结

本文汇总了SiC的物理特性、SiC-SBD(肖特基势垒二极管)、SiC-MOSFET、全SiC功率模块的关键要点作为最后的总结篇。

<前言>

前言

关键要点

・SiC功率元器件是能够降低损耗,并高温环境的工作特性优异的新一代低损耗元件。

・虽然是新半导体,但在要求高品质和高可靠性的车载设备市场已拥有丰硕的实际应用业绩。

<何谓SiC(碳化硅)?>

何谓碳化硅

关键要点

・SiC的物理特性适用于功率元器件。

・与Si半导体相比,具有更优异的降低损耗和能在高温度环境下工作的特性。

SiC功率元器件的开发背景和优点

关键要点

・开发SiC是能源问题的一大解决方案。

・SiC具有降低损耗、实现小型化的巨大优势。

<SiC肖特基势垒二极管>

所谓SiC-SBD-特征以及与Si二极管的比较

关键要点

・SiC-SBD的特征是拥有优异的高速性且实现了高耐压。

・与高耐压Si-PN二极管相比,反向恢复时间等高速性优异,可实现更低损耗和小型化。

所谓SiC-SBD-与Si-PND的反向恢复特性比较

关键要点

・SiC-SBD与Si-PND(FRD)相比,trr高速且反向恢复电流也显著减少,因此损耗也小。

・SiC-SBD的反向恢复特性(trr和反向恢复电流)基本上没有温度依赖性。

所谓SiC-SBD-与Si-PND的正向电压比较

关键要点

・SiC-SBD的VF随着温度升高而上升,但Si-PND(FRD)的VF是下降的。

・高温下SiC-SBD的VF上升会使IFSM下降,但不会像VF下降的Si-PND(FRD)那样热失控。

・第2代SiC-SBD可以说是目前情况下降低VF、最有助于降低损耗的功率二极管。

SiC-SBD的发展历程

关键要点

・ROHMSiC-SBD已经发展到第3代。

・第3代产品的抗浪涌电流特性与漏电流特性得到改善,并进一步降低了第2代达成的低VF。

使用SiC-SBD的优势

关键要点

・trr速度快,因此可大幅减少恢复损耗,从而可实现高效率。

・同样的原因,反向电流小,因此噪声小,可减少抗噪声/浪涌的对策部件,从而实现小型化。

・高频工作有助于实现电感等外围部件的小型化。

所谓SiC-SBD-关于可靠性试验

关键要点

・ROHM针对SiC-SBD的可靠性,面向标准的半导体元器件,根据标准进行试验与评估。

<所谓SiC-MOSFET>

所谓SiC-MOSFET-特征

关键要点

・SiC-MOSFET相对于Si-MOSFET和IGBT,更有助于降低应用的损耗和实现应用的小型化。

所谓SiC-MOSFET-功率晶体管的结构与特征比较

关键要点

・功率晶体管的特征因材料和结构而异。

・在特性方面各有优缺点,但SiC-MOSFET在整体上具有优异的特性。

所谓SiC-MOSFET-与Si-MOSFET的区别

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。

所谓SiC-MOSFET-与IGBT的区别

关键要点

・SiC-MOSFET在Vd-Id特性方面,导通电阻特性的变化呈直线型,因此在低电流范围优于IGBT。

・SiC-MOSFET的开关损耗大大低于IGBT。

所谓SiC-MOSFET-体二极管的特性

关键要点

・SiC-MOSFET体二极管的正向特性Vf比Si-MOSFET大。

・SiC-MOSFET体二极管的trr更高速,与Si-MOSFET相比可大幅降低恢复损耗。

所谓SiC-MOSFET-沟槽结构SiC-MOSFET与实际产品

关键要点

・ROHM已实现采用独有双沟槽结构的SiC-MOSFET的量产。

・沟槽结构的SiC-MOSFET与DMOS结构的产品相比,导通电阻降低约50%,输入电容降低约35%。

所谓SiC-MOSFET-SiC-MOSFET的应用实例

关键要点

・通过SiC-MOSFET的应用实例,思考SiC-MOSFET的有效性。

所谓SiC-MOSFET-SiC-MOSFET的可靠性

关键要点

・ROHM的SiC-MOSFET与已经普及的Si-MOSFET具有同等可靠性。

<全SiC功率模块>

所谓全SiC功率模块

关键要点

・全SiC功率模块由ROHM自主生产的SiC-MOSFET和SiC-SBD组成。

・与以往的Si-IGBT功率模块相比,“全SiC”功率模块可高速开关并可大幅降低损耗。

・全SiC功率模块正在不断进化,最新产品搭载了最新的第三代SiC-MOSFET。

全SiC功率模块的开关损耗

关键要点

・与IGBT模块相比,全SiC功率模块的开关损耗大大降低。

・尤其是开关频率越高,其损耗差越大。

・SiC功率模块可以大幅降低损耗并同时实现高速开关。

应用要点:栅极驱动 其1

关键要点

・“栅极误导通”是全SiC功率模块的栅极驱动需要探讨的事项之一。

・栅极误导通是由高边开关导通时的dV/dt速度快、及低边栅极寄生电容和栅极阻抗引起的。

应用要点:栅极驱动 其2

关键要点

・“栅极误导通”的抑制方法有三种:①使关断时的Vgs为负电压,②增加外置CGS,③增加米勒钳位MOSFET。

・通过优化全SiC功率模块的栅极驱动,可实现更低损耗的清洁运行。

应用要点:缓冲电容器

关键要点

・要发挥高速开关性能优势,需要极力抑制电气布线的寄生电感。

・靠近电源引脚连接电容器,可降低布线电感。

应用要点: 专用栅极驱动器和缓冲模块的效果

关键要点

・使用专用栅极驱动器和缓冲模块,可显著抑制浪涌和振铃。

・在损耗方面,Eon增加,Eoff減少。按总损耗(Eon + Eoff)来比较,当前损耗减少。

设计支持工具:全SiC模块损耗模拟器

关键要点

・ROHM提供包括全SiC模块损耗模拟器在内的支持工具。

・支持工具有助于全SiC模块的选型和初期探讨。