【導(dǎo)讀】UnitedSiC(現(xiàn)名Qorvo)擴(kuò)充了其1200V產(chǎn)品系列,將其突破性的第四代SiC FET技術(shù)推廣到電壓更高的應(yīng)用中。新UF4C/SC系列中的六款新產(chǎn)品的規(guī)格從23毫歐到70毫歐,現(xiàn)以TO247-4L(采用開爾文連接)封裝提供,而1200V的53毫歐和70毫歐SiC FET還以TO247-3L封裝提供。這些新發(fā)布的SiC FET具有不凡的性能,是不斷成長的電動(dòng)車市場(chǎng)向著800V母線車載充電器(OBC)和直流轉(zhuǎn)換器邁進(jìn)過程中的理想選擇。與前幾代一樣,新FET也非常適合工業(yè)電池充電器、工業(yè)電源、光伏轉(zhuǎn)換器、不間斷電源和各種其他功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。
【圖1 按RDS(On)劃分的新1200V第四代UnitedSiC FET產(chǎn)品與現(xiàn)有1200V第三代系列)】
這些新零件采用先進(jìn)的垂直溝槽器件結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了世界一流的導(dǎo)通電阻與面積乘積(ROnx A),從而具備了業(yè)界一流的品質(zhì)因數(shù)(FoM),包括非常低的RDS(on)x面積、非常低的RDS(on) x Eoss、RDS(on) x Coss,(tr)和RDS(on) x Qg。與第四代產(chǎn)品組合的其余產(chǎn)品一樣,新的1200V FET可以用0-12V或0-15V柵極驅(qū)動(dòng)電壓輕松驅(qū)動(dòng)。由于有+/-20V的VGS,Max和高閾值電壓(4.8V),這些SiC FET能實(shí)現(xiàn)大量柵極電壓設(shè)計(jì)和噪音裕度,并與Si或SiC柵極驅(qū)動(dòng)電壓兼容。1200V FET具備出色的體二極管、出眾的正向電壓(通常為1.0-1.5V)和很低的反向恢復(fù)電荷(Qrr)。
為了充分利用特定導(dǎo)通電阻超低的優(yōu)勢(shì),新的1200V SiC FET采用先進(jìn)的銀燒結(jié)晶粒連接工藝,實(shí)現(xiàn)出色的熱性能。這些器件在出色的熱電阻Rth, j-c的支持下維持了良好的功率處理能力,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了晶??s小,并降低了電容和開關(guān)損耗。熱電阻改善的好處在圖2中體現(xiàn),該圖說明了第四代1200V SiC FET的晶粒體積與競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)的比較情況,以及其熱阻與同等級(jí)其他FET相比低了26%-60%。
【圖2 在采用先進(jìn)的銀燒結(jié)技術(shù)后,新1200V第四代SiC FET的結(jié)到殼熱性能與競(jìng)爭(zhēng)性1200V FET的比較】
圖3顯示了歸一化至新第四代1200V SiC FET時(shí),功率處理的品質(zhì)因數(shù)(Rth,j-c)、硬開關(guān)品質(zhì)因數(shù)(RDS(on) x Eoss)以及軟開關(guān)的品質(zhì)因數(shù)(RDS(on)x Coss,(tr))和RDS(on)x Qg。雷達(dá)圖中的較低值反映了各個(gè)參數(shù)的出色表現(xiàn)。從圖中可以看出,在25oC和升高后的溫度(125oC)下,在硬開關(guān)電路(即有源前端等)和軟開關(guān)電路(即隔離的直流轉(zhuǎn)換器等)中,1200V第四代SiC FET都具有不受影響的性能優(yōu)勢(shì)。與上一代SiC FET相比,新器件在給定晶粒面積下的RDS(on)最多可降低40%,25oC的RDS(on)x Eoss可降低37%,25oC的RDS(on) x Coss,(tr)可降低54%。
【圖3 新1200V第四代SiC FET的品質(zhì)因數(shù)與競(jìng)爭(zhēng)性1200V FET的比較】
UnitedSiC(現(xiàn)名Qorvo)免費(fèi)在線設(shè)計(jì)計(jì)算工具FET-Jet Calculator?中提供了6款新1200V SiC FET,該工具可用于評(píng)估器件損耗、轉(zhuǎn)換器效率和升溫,以及找到最佳驅(qū)動(dòng)條件。使用FET-Jet Calculator工具時(shí)可以明顯看出,新23毫歐(UF4SC120023K4S)和30毫歐(UF4SC120030K4S)FET是800V總線車載充電器(OBC)應(yīng)用的有源前端的出色選項(xiàng)。在圖4所示的11kW OBC前端設(shè)計(jì)示例中,新的UF4SC120030K4S能夠降低損耗(降至每個(gè)FET 37W),實(shí)現(xiàn)98%的出色半導(dǎo)體效率并在更低溫度(Tj=115oC)下運(yùn)行,并同時(shí)減小晶粒體積。圖示設(shè)計(jì)假設(shè)硬開關(guān)頻率為150kHz,散熱溫度THS=80oC,從而支持用戶獲得出色的功率密度。
【圖4 采用了新第四代UF4SC120030K4S SiC FET的11kW OBC前端設(shè)計(jì)示例】
新1200V SiC FET系列還為OBC的隔離直流轉(zhuǎn)換器級(jí)提供了出色的選擇。在這些高頻軟開關(guān)拓?fù)渲校谒拇鶩ET的低導(dǎo)電損耗、低二極管正向壓降、低驅(qū)動(dòng)器損耗(低Vg,低Qg)和低RDS(on) x Coss,(tr)都很理想。圖5展示了一個(gè)11kW,800V全橋CLLC設(shè)計(jì)示例,在每個(gè)初級(jí)側(cè)開關(guān)位置都采用了1200V SiC FET。假設(shè)運(yùn)行頻率為200kHz,散熱溫度仍為THS=80oC。使用FET-Jet Calculator?預(yù)測(cè)的性能摘要表顯示了新第四代1200V SiC FET的優(yōu)勢(shì)。在相似的晶粒體積下,UF4C120053K4S/K3S的損耗更低,有出色的半導(dǎo)體效率(99.5%),且運(yùn)行溫度較低(Tj < 100oC)。經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的UF4C120070K4S/K3S也是具有吸引力的高性價(jià)比解決方案,具有良好的效率(99.4%),只是損耗略高。
【圖5 使用新第四代UF4C120053K4S SiC FET的11kW OBC全橋CLLC設(shè)計(jì)示例】
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