Uusi Onsemi SiC MOSFET

Piikarbidi (SiC) on timanttia vastaava laajakaistainen puolijohde, jolla on samankaltaiset sähköiset ominaisuudet, mikä mahdollistaa suuremmat kytkentätaajuudet, pienemmät tehohäviöt ja suuremmat tehotiheydet.

onsemin 1200 V:n EliteSiC-tyyppinen tasomainen SiC-MOSFET on nyt saatavilla näytekappaleina alan standardin mukaisessa TO-247-4L-kotelossa, ja se tarjoaa aiempiin sukupolviin verrattuna pienemmät johtumis- ja katkaisuhäviöt sekä 11 mO:n vastuksen.

Pieni koko

Onsemin tehopuolijohteet tarjoavat suunnittelijoille monipuolisen valikoiman pakkauskokoja ja jänniteluokkia, ja niiden piikarbiditeknologia (SiC) mahdollistaa perinteisiin piipohjaisiin tehokytkimiin verrattuna nopeammat kytkentänopeudet ja pienemmät johtohäviöt.

Sähköajoneuvojen (EV) vetovoimainverttereiden, ajoneuvon ulkopuolisten latureiden ja DC-DC-muuntimien virranhallintapiirit perustuvat tyypillisesti SiC-MOSFET-transistoreihin ja -diodeihin optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. 1200 V:n EliteSiC-tason SiC-MOSFET vähentää johtumis- ja katkaisuhäviöitä 30%:n verran alhaisella 11 mO:n johtavastuksella, mikä johtaa parempaan hyötysuhteeseen, nopeampiin toimintataajuuksiin, suurempaan lähtötehoon ja pienempiin sähkömagneettisiin häiriöihin.

TBL045N065SC1 toimitetaan TOLL-kotelossa ja täyttää Pb-, halogeeni- ja BFR-standardit kosteusherkkyystasolla 1 (MSL 1), minkä ansiosta se soveltuu vaativiin sovelluksiin, kuten aurinkoinverttereihin, palvelin- ja tietoliikennevirtalähteisiin, keskeytymättömiin virtalähteisiin (UPS) sekä energian varastointiin. Koska Onsemi on yksi harvoista vertikaalisesti integroituneista SiC-tehopuolijohteiden toimittajista, jolla on omat prosessit bulien kasvatukselle, substraattien valmistukselle, epitaaksialle ja laitteiden valmistukselle, se pystyy tuomaan markkinoille uusia tuotteita nopeasti; Onsemin uusin komponentti, 60%, on pienemmässä kotelossa kuin sen piipohjainen edeltäjä, mikä auttaa asiakkaita täyttämään ErP- ja 80 PLUS Titanium -hyötysuhdevaatimukset.

Korkea hyötysuhde

Piikarbidi (SiC) -puolijohteet voivat auttaa parantamaan järjestelmän tehokkuutta ja alentamaan kustannuksia, erityisesti suuritehoisissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvojen (EV) lataamisessa, teollisissa taajuusmuuttajissa ja virtalähteissä, datakeskuksissa tai sähköajoneuvojen (EV) ajon aikana tapahtuvassa lataamisessa. Jopa pienet parannukset järjestelmän tehokkuudessa voivat tuottaa merkittäviä tuloksia: esimerkiksi sähköauton invertterin tehokkuuden parantaminen vain yhdellä prosenttiyksiköllä voisi mahdollistaa 4 miljardin mailin lisäajon vuosittain, kun taas datakeskusten invertterien tehokkuuden parantaminen voisi säästää vuosittain $650 miljoonaa pelkästään sähkökustannuksissa!

1200 V:n estojännitteensä ansiosta SiC-MOSFET-transistorit pystyvät tuottamaan suuremman virran pienemmässä tilassa ja hallitsemaan lämpöä tehokkaammin kuin perinteiset piitehotransistorit. Niiden alle 1 mO:n drain-source-on-vastus (RDS(on)) mahdollistaa suuremman virran toimittamisen pienemmillä kohinapäästöillä, kun taas niiden pehmeästi palautuva runkodiodi minimoi käänteispalautusvirran, mikä vähentää käänteispalautusvirtaa sekä sen amplitudia ja kestoa, minimoi käänteisen palautusvirran rengasmelun, kun taas niiden eristetty porttirakenne estää varauksen purkautumisen runkoon, mikä vähentää kytkentähäviöitä ja melupäästöjä.

Kovissa kytkentäsovelluksissa 1200 V:n EliteSiC-MOSFET voi vähentää tehohäviöitä 20% verrattuna alan johtaviin kilpailijoihin, minkä ansiosta suunnittelijat voivat käyttää korkeampia kytkentätaajuuksia samalla, kun passiivikomponentit ovat pienempiä ja järjestelmän kokonaiskustannukset alenevat. Lisäksi laitteen nopea kytkentäkyky ja pienet johtohäviöt tekevät siitä ihanteellisen valinnan nopeisiin sovelluksiin.

Korkea luotettavuus

SiC-teho-MOSFET-komponenttien käyttö laajenee nopeasti, ja varhaiset käyttöönottajat ilmaisevat usein huolensa niiden luotettavuudesta. Tutkimukset osoittavat, että SiC on erittäin kestävä materiaali, mutta se vaatii silti tiukkoja testejä ankarissa olosuhteissa, jotta voidaan arvioida, miten se toimii esimerkiksi virran, sähkömagneettisten häiriöiden ja lämpötilavaihteluiden vaikutuksesta. Näiden arviointien avulla suunnittelijat voivat luoda parempia piirisuunnitelmia, jotka maksimoivat suorituskyvyn ja säästävät kustannuksia.

Infineonin insinöörit ovat onnistuneet vähentämään SiC-komponenttien vikaantumisastetta testaamalla niitä korkeilla jännitteillä. Tässä testausprosessissa komponentteihin kohdistetaan peräkkäin jännitteitä, jotka ovat yhden voltin suurempia kuin edellinen; sen jälkeen mitataan niiden kynnysjännitteet, ja niiden suhdetta tuotetiedoissa suositeltuun portin käyttöjännitteeseen käytetään vikaantumisasteen vähenemiskertoimien laskemiseen.

Myös pakattuihin SiC-MOSFET-komponentteihin liittyvät luotettavuusongelmat virran kytkemisen ja katkaisemisen aiheuttamassa rasituksessa ovat edelleen olemassa. Vaikka ilmiö ei olekaan yhtä äärimmäinen, SiC/SiO₂-rajapinnalla tapahtuvan varauksen kertymisen aiheuttama heikkeneminen aiheuttaa merkittäviä muutoksia kynnysjännitteessä ja eteenpäinvirrassa, mikä lyhentää laitteen käyttöikää.

Onsemi esitteli äskettäin 650 V:n SiC-teho-MOSFET-komponentin, jossa on TOLL-kotelo ja joka täyttää kaikki nämä vaatimukset ja paljon muuta! Se on suunniteltu erityisesti vastaamaan kytkentämuuntajien, palvelin- ja tietoliikennevirtalähteiden, aurinkoinvertterien ja keskeytymättömien virtalähteiden tiukkoihin vaatimuksiin; se on myös halogeeniton (halogeeniton, lyijytön ja RoHS-yhteensopiva).

Alhainen johtavuusvastus

SiC-MOSFET-komponenttien johtavuusvastus on pienempi kuin piikomponenteilla (Si), mikä mahdollistaa pienemmät kotelot ja energiansäästön. Niiden nopeammat kytkentäajat parantavat hyötysuhdetta ja vähentävät tehohäviöitä – lisäksi niiden lämpötilakertoimet ovat pienemmät, minkä ansiosta ne ovat luotettavampia kuin piipohjaiset teho-puolijohteet.

Päälläolovastus on olennainen tekijä oikosulkukestävyyden kannalta suurvirta-sovelluksissa, erityisesti SiC-komponenteissa, joilla on suuri päälläolovastus ja jotka on kytketty suoraan draineen ja sourceen jännitelähteisiin. SiC-komponentti, jonka päälläoloresistanssi on liian suuri, pidentää aikaa, jonka kuluu, ennen kuin sen portin ohjausjännite saavuttaa saturaation ja laukaisee lumivyöryilmiön, mikä voi johtaa draineja ja sourceja erottavan piidioksidikerroksen rikkoutumiseen.

Yksi tapa pienentää päälläolovastusta on tehdä porttiohjainpiireistä vankempia, mikä auttaa ehkäisemään komponenttien vaurioitumista. UnitedSiC on valmistanut SiC-FET-transistoreita, joiden on-resistanssi on alan alhaisin. Esimerkiksi heidän neljännen sukupolven UJ4SC075006K4S-komponenttinsa on-resistanssi on 6 mOhm, ja se kestää 750 V:n nimellisjännitteen. Siinä on integroitu de-sat-toiminto, joka integroituu saumattomasti vakiomuotoisiin ohjaimiin.

Toshiba on kehittänyt laiterakenteen, joka alentaa on-vastusta merkittävästi vähentämällä JFET-vastusta ja levitysvastusta; RonA on pienentynyt 43% ja Ron*Qgd-arvoa 80% verrattuna toisen sukupolven tuotteisiin. Lisäksi laitteeseen on lisätty leveämpi p-diffuusioalue, joka vähentää takaisinkytkentäkapasitanssia ja JFET-vastusta.