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    什么叫SiC功率器件?

    2020-09-11

    1. 器件結構和特征

    Si材料中越是高耐壓器件,單位面積的導通電阻也越大(以耐壓值的約2~2.5次方的比例增加),因此600V以上的電壓中主要采用IGBT(絕緣柵極雙極型晶體管)。
    IGBT通過電導率調制,向漂移層內注入作為少數載流子的空穴,因此導通電阻比MOSFET還要小,但是同時由于少數載流子的積聚,在Turn-off時會產生尾電流,從而造成極大的開關損耗。
    SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低,不需要進行電導率調制就能夠以MOSFET實現高耐壓和低阻抗。
    而且MOSFET原理上不產生尾電流,所以用SiC-MOSFET替代IGBT時,能夠明顯地減少開關損耗,并且實現散熱部件的小型化。
    另外,SiC-MOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅動,從而也可以實現無源器件的小型化。
    與600V~900V的Si-MOSFET相比,SiC-MOSFET的優勢在于芯片面積?。蓪崿F小型封裝),而且體二極管的恢復損耗非常小。
    主要應用于工業機器電源、高效率功率調節器的逆變器或轉換器中。

    明顯降低開關損耗?通過高頻化從而實現機器的小型化/減小芯片面積?明顯降低恢復損耗

    2. 標準化導通電阻

    SiC的絕緣擊穿場強是Si的10倍,所以能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實現高耐壓。
    因此,在相同的耐壓值情況下,SiC可以得到標準化導通電阻(單位面積導通電阻)更低的器件。
    例如900V時,SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1,就可以實現相同的導通電阻。
    不僅能夠以小封裝實現低導通電阻,而且能夠使門極電荷量Qg、結電容也變小。
    SJ-MOSFET只有900V的產品,但是SiC卻能夠以很低的導通電阻輕松實現1700V以上的耐壓。
    因此,沒有必要再采用IGBT這種雙極型器件結構(導通電阻變低,則開關速度變慢),就可以實現低導通電阻、高耐壓、快速開關等各優點兼備的器件。

    Blocking Voltage

    3. VD - ID特性

    SiC-MOSFET與IGBT不同,不存在開啟電壓,所以從小電流到大電流的寬電流范圍內都能夠實現低導通損耗。
    而Si-MOSFET在150°C時導通電阻上升為室溫條件下的2倍以上,與Si-MOSFET不同,SiC-MOSFET的上升率比較低,因此易于熱設計,且高溫下的導通電阻也很低。

    VDS - ID (Ta=150℃)

    4. 驅動門極電壓和導通電阻

    SiC-MOSFET的漂移層阻抗比Si-MOSFET低,但是另一方面,按照現在的技術水平,SiC-MOSFET的MOS溝道部分的遷移率比較低,所以溝道部的阻抗比Si器件要高。
    因此,越高的門極電壓,可以得到越低的導通電阻(VCS=20V以上則逐漸飽和)。
    如果使用一般IGBT和Si-MOSFET使用的驅動電壓VGS=10~15V不能發揮出SiC本來的低導通電阻的性能,所以為了得到充分的低導通電阻,推薦使用VGS=18V左右進行驅動。

    駆動ゲート電圧とオン抵抗


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