不更改驱动电路,SiC器件也能直接替换IGBT、硅器件?

2018-12-08 09:09:00 来源:EEFOCUS
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SiC材料打造的功率半导体近来在半导体圈内风头正劲,由于独特晶体结构, 使其禁带宽度达到2.2eV,远高于GaAs和Si,SiC打造的器件对于后两者的替代趋势日益明显。

 

相较于传统的Si器件,SiC器件拥有诸多益处。比如工作温度高、热导率高、硬度高、电子饱和漂移速度高、击穿电场高、电流密度高等等。诸多的优点让SiC器件可以工作在更高温度、更高频率、更高电压和更高电流等使用环境更为恶劣的情况。因此,受到了电力公司、汽车厂商及电机厂商等的密切关注。

 

汽车产业,尤其是电动汽车产业,是SiC器件发展的重要助力,基于SiC的功率半导体用于电动汽车的车载充电装置,而这项技术正在进入系统的关键部分——牵引逆变器。 牵引逆变器为电动机提供牵引力,以推动车辆前进。这项技术在特斯拉的部分车型中已经得到了实践,证明是可行的。

 

有商机便有市场,进而便有从业者。碳化硅(SiC)功率半导体制造商UnitedSiC开发创新的碳化硅二极管和场效应晶体管(FET)等功率半导体器件,为电动汽车充电系统、AC-DC和DC-DC电源、变速马达驱动器和太阳能光伏逆变器等应用提供业界最佳的碳化硅效率和高温性能。

 

UF3C FAST FET系列中新增Kelvin连接器件
美国新泽西州普林斯顿市当地时间12月3日,UnitedSiC宣布扩展UF3C FAST产品系列,并推出采用TO-247-4L 4引脚Kelvin Sense封装的全新系列650 V和1200 V高性能碳化硅FET器件。新产品基于高效的共源共栅配置,可为设计人员提供非常快的开关速度和较高的功率,并且其封装能够满足高功率应用的散热要求。

 

Kelvin封装可以避免栅极振铃和错误触发,否则需要降低开关速度以管理3引线封装带来的较大共源极电感。采用4引脚的Kelvin连接封装,使器件具有175°C的最高工作温度、出色的反向恢复、低栅极电荷以及低达2倍的开关损耗。

 

电动汽车(EV)充电系统、电信和服务器电源等应用领域的设计人员在进行图腾柱(Totem Pole)PFC级、LLC和相移全桥转换器等设计时,可以采用全新的UF3C系列产品实现更高的开关速度、效率、易用性和功率密度。

 

 

与其他宽带隙技术相比,SiC共源共栅器件能够提供标准的12V栅极驱动,并具有确定的雪崩额定值(100%经过生产测试)。UF3C FAST系列中的4端子封装产品能够通过简单的螺钉或夹具安装,具有极低的结至外壳热阻,在给定功率或更高功率运行时,只有较低的温度上升,能够充分利用SiC的较高结温能力。

 

UnitedSiC工程副总裁Anup Bhalla表示:“新增加的UF3C FAST系列共源共栅器件采用4引脚TO-247封装,即使在更高的开关频率下也非常容易使用,它们在高功率设计中能够实现最高效率和出色的散热性能。”


UnitedSiC的SiC器件能够为许多现有的IGBT、硅和碳化硅MOSFET部件提供‘直接更换’替代解决方案,而无需改变栅极驱动电路。

 

Snubber电路的妙用
UnitedSiC的UF3C FAST新品能够实现非常快的开关速度和较高的功率,得益于采用了缓冲电路。缓冲电路(Snubber Circuit)又称吸收电路,它是电力电子器件的一种重要的保护电路,不仅用于半控型器件的保护,而且在全控型器件(如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等)的应用技术中,起着更重要的作用。

 

Snubber电路的基本工作原理是利用电感电流不能突变的特性抑制器件的电流上升率,利用电容电压不能突变的特性抑制器件的电压上升率。图示以GTO为例的一种简单的缓冲电路。其中L与GTO串联,以抑制GTO导通时的电流上升率dI/dt,电容C和二极管D组成关断吸收电路,抑制当GTO关断时端电压的上升率dV/dt,其中电阻R为电容C提供了放电通路。缓冲电路有多种形式,以适用于不同的器件和不同的电路。

 

正是采用了Snubber电路,UnitedSiC的SiC器件实现了性能提高。UnitedSiC应用工程师Mike Zhu表示:“随着开关dV / dt的增加,缓冲器损耗增加,但也有可能使用较小的缓冲器进行补偿。实际上,切换Eon + Eoff损耗增加3-5%就足以显着增加改善开关波形。在标准TO封装中实现快速切换,SiC FETS要求要么降低FET的速度,要么使用RC缓冲器来降低电压过冲和振铃。 缓冲器Rs损耗远低于传统的f.CV,通过非常小的缓冲电容值可以帮助管理电压过冲,因为Unitedsic FET的低Coss值导致缓冲器损耗小,允许使用常规表面贴装元件,即使每个FET切换50A,800V也是如此。 使用带有RC缓冲器的United Sic快速器件(UF3C系列)可以在最大限度地降低开关损耗。同时管理关断电压尖峰和振铃,并且明显优于具有外部栅极电阻的慢速器件。”

 
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作者简介
吴子鹏
吴子鹏

与非网副主编,网名:觉知躬行,电子信息工程专业出身。在知识理论的探寻之路深耕躬行,力求用客观公正的数据给出产品、技术和产业最精准的描述。

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