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解讀UnitedSiC第四代SiC FET---RDSon最小僅為6mΩ

2021-09-10 來源:EEWORLD

日前,UnitedSiC宣布發布僅為6mΩ導通電阻的SiC器件,從而響應了電源設計人員對更高性能、更高效率的SiC FET的追求。同時UnitedSiC還宣布了一系列不同導通電阻的SiC器件,從而滿足客戶的多元化需求。這也是2020年UnitedSiC發布首款第四代SiC FET之后的一次重大更新。


UnitedSiC亞太區銷售副總裁劉魯偉和亞太區FAE經理Richard Chen接受了EEWORLD專訪,解讀了UnitedSiC第四代SiC FET全系列產品線的特點。全新第四代SiC器件支持750V耐壓,可以更好地應對電動汽車等高壓母線工作不穩定的極端狀況下。


全新的750V SiC FET系列


UnitedSiC此次發布了9種新器件/封裝選項,額定值為6、9、11、23、33和44mΩ。所有器件均有采用TO-247-4L封裝的方案,同時18、23、33、44和60mΩ器件還提供了采用TO-247-3L封裝的方案。這一750V擴展系列與現有的18和60mΩ器件相輔相成,其為設計人員提供了更多的器件方案,實現了更大的設計靈活性,因此可實現最佳的性價比權衡,同時保持充足的設計裕度和電路魯棒性。


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如圖所示,根據不同導通電阻和封裝形式,目前UnitedSiC已經推出了多達13種產品組合。


劉魯偉特別強調,UnitedSiC高性能 FET 基于獨特的共源共柵配置,其中高性能 SiC 快速 JFET 與共源共柵優化的 Si-MOSFET 共同封裝,從而可以確保柵極驅動兼容典型的SiC MOSFET,Si IGBT 以及Si MOSFET驅動,因此設計改動較小,可以支持快速靈活的產品替代。同時,該結構的產品良率及成本及可靠性也較之傳統SiC MOSFET有了進一步提高。


Richard也強調,UnitedSiC更廣泛的SiC產品組合,可以針對客戶在不同功率等級下的能耗、成本或散熱進行優化,從而提高設計靈活度。


與此同時,為了配合客戶選型,UnitedSiC還推出了FET-Jet計算器2.0。該計算器集成了26中典型拓撲結構,對于首次采用SiC或者正尋找最適合不斷改進的設計的工程師而言,這個計算器能快速簡單地評估UnitedSiC FET在各種功率拓撲結構中的表現,從而避免浪費時間為不適合的器件創建高級模擬,進而加快研發速度。


同時,6mΩ器件還具有業界最優的5μs短路耐受能力,配合驅動器短路防護功能從而可以更好地保護功率器件。


第四代SiC FET全方位比較


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如圖所示,同目前業界主流的SiC FET比較,UnitedSiC在650V和750V產品中,都具有最佳RDSon表現。


Richard以多組實測數據,解讀了UnitedSiC第四代SiC的功耗優勢。Richard表示,盡管第四代SiC是750V產品,但由于實現了更低的RDSon,因此根據實際測試結果,無論是硬開關還是軟開關情況下,導通損耗相比業界650V產品均有大幅降低。


如果以RDS(on)×A指標衡量,第4代SiC FET在高低裸片溫度下均可達到市場最低值。RDS(on)×EOSS/QOSS這一FoM在硬開關應用中很重要,第4代SiC FET的這個值是最接近的競爭對手值的一半。RDS(on)×COSS(tr)這一FoM則在軟開關應用中至關重要,如果將UnitedSiC額定電壓為750V的器件與競爭對手額定電壓為650V的器件相比,前者的這個值比后者低約30%。對于硬開關應用,SiC FET的集成體二極管在恢復速度和正向壓降方面優于競爭對手的Si MOSFET或SiC MOSFET技術。


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Richard表示,第三代SiC產品根據軟硬開關分別進行了優化,而第四代產品的優異性能可以同時滿足軟硬開關的不同需求。


“目前實際測試結果顯示,UnitedSiC第四代SiC的RDSon特性已經非常接近材料特性的極限,實現了真正的完美開關。”Richard說道。


UnitedSiC的廣泛應用空間


第四代SiC憑借其優異性能和差異化組合,可廣泛應用于電動汽車、IT基礎設施等對性能、效率要求極高的領域。


首先針對電動汽車領域,為了減少功率損耗并減輕重量,高壓母線在不斷提高,普通轎車正在從400V提升到500V甚至更高,750V的SiC具有足夠的設計余量,以滿足更高電壓的需求。


針對最主要的牽引逆變器應用,采用第四代SiC之后,相比750V IGBT系統效率,在滿負載狀態下損耗僅為此前的1/3,在大多數輕載或中載場合時損耗僅為IGBT的1/5~1/6。


另外一種主流應用是針對斷路器,傳統機械式斷路器體積龐大,系統復雜,并且需要去弧裝置等,而通過SiC MOSFET與JFET實現的電子斷路器,不需要去弧等電路,因此可以實現小體積與高效率的完美結合。類似在電動汽車無線充電等概念市場中,UnitedSiC的第四代產品也可以實現更好的表現。


另外針對it基礎設施的部分,由于UnitedSiC產品采用特有的Casecode結構,因此驅動與超結MOSFET的驅動兼容,客戶可以在現有的設計基礎下直接切換到SiC,實現效率的提升。


根據UnitedSiC針對圖騰柱PFC以及DC/DC LLC的實際測試結果顯示,采用SiC都可以實現極高的效率水平。


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圖騰柱PFC實際測試結果,根據不同的負載應用,可以選擇不同的RDSon,從而實現最佳效率表現。


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同超結MOSFET相比,SiC在任何負載情況下,性能都遠優于傳統硅器件


第四代SiC FET將進一步降低應用門檻


由于硅器件特性限制,傳統MOSFET在提升效率的進展上越來越慢,而寬禁帶半導體由于其高頻,耐高溫,耐高壓等特性,非常適合不斷追求效率的電動汽車、IT基礎設施等應用。


隨著UnitedSiC第四代SiC器件的發布,其獨特的架構、更好的RDSon、更高的耐壓及魯棒性、更豐富的產品組合以及更好的性價比,不斷降低SiC應用的門檻。同時,劉魯偉也強調UnitedSiC也正在積極地進行資本投入,以優化產能從而滿足客戶的量產需求。


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