STMicroelectronics lanserar sin fjärde generation MOSFET-enheter i kiselkarbid som är speciellt utformade för omriktare för elbussar och som förbättrar energieffektivitet, effekttäthet och tillförlitlighet.
Denna omfattande SiC MOSFET Discretes Performance Analysis 2024 Vol 1 rapport undersöker i detalj den statiska prestandan hos fem diskreta SiC MOSFETs från olika globala tillverkare med 1200V-klassning under identiska testförhållanden, samt en referens Si IGBT-enhet från olika globala leverantörer.
Material med brett bandgap
Eftersom ingenjörerna fortsätter att utvinna allt mindre avkastning från kiselkretsar vänder de sig till material med brett bandgap, som galliumnitrid och kiselkarbid, för utveckling av nästa generations kraftelektronik. Dessa material har större energigap än traditionella halvledare, vilket gör att de kan fungera vid högre temperaturer samtidigt som de ger bättre prestanda i applikationer för kraftomvandling.
Halvledare med brett bandgap (WBG) har ett elektroniskt bandgap som överstiger två elektronvolt (eV), vilket gör att de kan arbeta vid mycket högre temperaturer än konventionella halvledare och ger bättre elektriska egenskaper än kisel för användning i kraftelektroniska applikationer.
Halvledare med brett bandgap omfattar materialfamiljer i grupp IV, III-V och II-VI som SiC och GaN. Halvledare med ultrabrett bandgap (UWBG) erbjuder ännu större bandgap på upp till 4 eV, t.ex. diamant och III-nitrider med alkalielement som BN eller AlGaN.
STMicroelectronics utvecklar för närvarande flera generationer av SiC MOSFET:er avsedda för fordonstillämpningar, t.ex. växelriktare och snabbladdande infrastruktur för elbilar. Tredje generationens enheter har en plan struktur som ger enastående on-resistans vid höga temperaturer med RDS(on)-minskning jämfört med befintlig teknik; deras switchfrekvens kan nå 10 gånger den för konventionella kiseltransistorer; och de levereras i industriellt emballage för att möjliggöra effektiv termisk hantering. Så småningom kommer de att lansera sin STpower SiC MOSFET-portfölj som kommer att innehålla förpackningar som HiP247; H2PAK-7; TO-247 långa ledningar; STPAK;
Låg på-resistans (RDS(on))
RDS(on) hos MOSFET:er är en viktig parameter som avgör deras förmåga att leda ström. RDS(on) påverkar också effektiviteten; lägre RDS(on) minskar effektförlusten, vilket förbättrar kretsens prestanda och tillförlitlighet; ingenjörer strävar efter att minimera RDS(on). Vid konstruktion av nätaggregat eller elektroniska enheter letar ingenjörer efter sätt att minimera RDS(on).
MOSFETs tillverkade av material med brett bandgap har lägre resistansförlustkällor (RDS(on)), vilket ökar effektiviteten och hastigheten vid switchning, samtidigt som de är mer motståndskraftiga under dynamiska omvända förspänningsförhållanden - särskilt användbart för kraftelektronikapplikationer. Dessutom klarar de nya MOSFET:erna stora spänningsvariationer utan överhettning, vilket kan leda till systemfel och skador på komponenterna.
ST:s avancerade kraftkretsar i kiselkarbid har innovativa material med brett bandgap som ger optimala prestanda med minskat on-motstånd per area (RDS(on)), vilket ger mindre och mer energieffektiva system. Våra enheter levereras i toppmoderna kapslingar som HiP247, H2PAK-7, TO-247 long leads och STPAK.
RDS(on) i MOSFET:er för kraftelektronik omvandlar ström till värme, så att välja en MOSFET med ett lågt RDS(on)-värde är avgörande för effektiv värmehantering. Men det är också viktigt att förstå vilka faktorer som påverkar RDS(on)-värdena, eftersom det finns många myter om detta som kan leda till kostsamma misstag i konstruktionsbesluten. En bättre förståelse av RDS(on) kan hjälpa ingenjörer att undvika misstag när de designar kretsar.
Hög omkopplingshastighet
SiC MOSFETs kräver snabba växlingshastigheter för att kunna överföra energi effektivt mellan cykler, vilket leder till bättre effektivitet och kortare kretslängd. Denna faktor blir särskilt relevant i applikationer för elfordon (EV) där effektkraven överstiger dem som finns i traditionella fordonsapplikationer.
STMicroelectronics tredje generationens SiC MOSFET:er har högre kopplingshastigheter än andra generationens motsvarigheter och är idealiska för användning i elektriska motordrifter och applikationer för förnybar energi, inklusive de som involverar motordrifter för elfordon och förnybar energi. Fördelarna jämfört med kisellösningar är högre verkningsgrad, mindre komponenter, lägre vikt och längre räckvidd; dessutom gör deras RDS(on)-förhållande, som är lägre än IGBT:s, att de kan spara utrymme och minska kostnaderna per enhet i strömförsörjningen.
Dessa nya MOSFET:er har en dubbel-trench-design och kan stoltsera med minskad omvänd läckström (IR). Deras gate-source-kapacitans Cgd och gate-drain-laddning Qgd har också förbättrats avsevärt; RDS(on)/Ron,sp har minskats med 40% jämfört med jämförbara plana konstruktioner; dessutom har deras on-state-resistans minskats avsevärt genom minskad gate array pitch och dopantoptimering av deras driftregion-dopningsstrategi.
Dessa egenskaper gör att komponenterna är perfekta för applikationer som omfattar elfordon och infrastruktur för snabbladdning, där effekttäthet, energieffektivitet och tillförlitlighet är av yttersta vikt. Dessa enheter finns i växelriktare, AC/DC-omvandlare och likriktning. Tillverkare som använder dem för att uppfylla kraven i EPA2022 och CARB2025 kan använda dem som komplement till solcellsväxelriktare och energilagringssystem.
Låg kapacitans
SiC MOSFETs används ofta i kraftomvandlingsenheter som omvandlare, inverterare och högeffektiva motorstyrningar. Tack vare sin högre verkningsgrad, lägre vikt och lägre effektförlust jämfört med kiselkomponenter kan diskreta SiC MOSFETs erbjuda kunderna betydande kostnadsbesparingar och driftsäkerhetsfördelar samtidigt som de minskar energiförbrukningen och miljöpåverkan i industriella miljöer genom att minska effektförlusten och samtidigt öka verkningsgraden.
ST har utvecklat toppmoderna paket för sina första och nästa generations SiC-kraftkretsar, t.ex. HiP247, H2PAK-7 och HU3PAK diskreta kretsar för fordons- och industriapplikationer. Alla dessa kapslingar har drivkällstift för att optimera switchningsprestandan hos dessa diskreta enheter, medan deras kopparbandbondning underlättar enkel montering och automatiserade produktionsprocesser.
Yole Group, ett ledande marknads-, teknik- och reverse engineering-företag med fokus på sammansatta halvledare, har nyligen samarbetat med SERMA Technologies för att publicera SiC MOSFET Discretes Performance Comparison Analysis 2024 Vol 1. Rapporten analyserar statisk prestandajämförelse av fem diskreta SiC MOSFETs i 1200V-klassen (Wolfspeed C3M0075120D, ROHM SCT040H65G3AG, Infineon AIMW120R080M1 och STMicroelectronics SCTW40N120G2VAG) tillsammans med Infineons referens IGBT-enhet.
ST har framgångsrikt kvalificerat sin SiC power MOSFET i 750V-klassen och räknar med att slutföra kvalificeringen av sin enhet i 1200V-klassen i början av 2025. Båda dessa MOSFET:er kan användas i omriktare för elfordon och andra högspänningsapplikationer för kraftelektronik med nätspänningar på upp till 1000 V.
Swedish 
English