Power-enheter av kiselkarbid (SiC) har rönt stort intresse inom industrin tack vare sina överlägsna prestanda jämfört med kiselbaserade IGBT:er. SiC-enheter har lägre på-resistans, switchförlust och driftstemperatur som möjliggör nya kraftapplikationer.
Cree/Wolfspeed, Microsemi, Infineon, GeneSiC, ROHM och ST är några av de många leverantörer som erbjuder både plana MOSFETs och trench-MOSFETs.
Förbättrade spänningsegenskaper
Power MOSFETs i SiC har ett bredare bandgap som gör att de kan arbeta vid högre spänningar, vilket gör dem lämpliga för applikationer som laddare för elfordon, UPS:er och växelriktare för solcellssystem. Detta leder till lägre driftskostnader och minskade energiförluster som bidrar till miljöförstöring samtidigt som effektiviteten förbättras genom att passiva komponenter och switchförluster minskar. Detta gör dessa enheter idealiska för krävande applikationer som laddare för elfordon, UPS:er och solcellsväxelriktare där effektiviteten är viktig.
SiC-kraftkretsar har också en hög elektrisk fältstyrka vid genombrott, vilket gör att de kan hantera högre strömnivåer med mindre externt gatemotstånd och lägre kostnad - särskilt fördelaktigt för LLC-resonanta DC/DC-omvandlare, där förhållandet mellan spänning och växlingskapacitet (COSS/VDS) är mycket mer linjärt jämfört med andra typer av kretsar.
Power MOSFETs i SiC har höga blockeringsspänningar, vilket gör dem säkrare i högspänningsmiljöer än deras motsvarigheter i kisel, som har lägre blockeringsspänningar. Detta gör SiC MOSFET:en mer tillförlitlig eftersom den kan hantera tuffa förhållanden i fordonsdrivsystem; dessutom kan SiC MOSFET:er hantera högre di/dt-förhållanden och högre kroppsdiodvärden, vilket ger robust kommutering samtidigt som det tillåter högre BV-värden i kroppsdioder för tillförlitlig kommutering och användning av kroppsdioder.
Låg konduktionsförlust
Kiselkarbidkomponenter (SiC) har ett brett bandgap som gör att de kan uppnå högre spänningar med lägre effektförluster jämfört med konventionella kiselkomponenter, vilket leder till högre energieffektivitet, färre komponenter, mindre kapslingar och en mer kompakt övergripande design.
SiC MOSFETs ger moderna kraftomvandlare snabba switchfrekvenser, vilket gör dem till en viktig komponent. Tyvärr kan dock dessa MOSFETs uppleva överslag och oscillationer som stör den elektromagnetiska kompatibiliteten eller leder till att enheten går sönder i förtid. För att minska dessa negativa effekter är det viktigt att gate drive-parametrarna optimeras och att parasitiska induktanser reduceras så snabbt som möjligt.
I takt med att kraftindustrin övergår till grönare energikällor har efterfrågan på högspänningsenheter skjutit i höjden, vilket gör att nästa generations material som SiC måste möta detta ökande behov. SiC möjliggör megawattapplikationer som omformare för järnvägstransmission och mellanspänningsdrivna industriella enheter - något som SiC är idealiskt för.
SiC MOSFET:er drar nytta av högre driftstemperaturer och bredare bandgap än vad som krävs för att klara mycket högre spänningar, vilket minskar on-resistansen och ökar effekttätheten. weEn's CoolSiC G2 portfölj har klassens bästa RDS(ON) vid både 650 V och 1200 V med hjälp av trench-assisterad planarteknik samt högpresterande dioder för att säkerställa tillförlitlighet och prestanda, lämpliga för applikationer från 10-tals kW upp till MW inom järnväg, snabbladdning av elbilar, sol- och vindapplikationer inom industrin.
Höghastighetsväxling
Power-MOSFET:er i SiC ger snabb switchning med minimal ledningsförlust och driftstemperaturområde, vilket ger betydande fördelar i nya elektroniska kretsar.
Snabb switchning kan ge många fördelar vid kretsdesign, bland annat mindre fotavtryck, ökad effektivitet och minskad total harmonisk distorsion (THD). Men den här metoden innebär också många utmaningar; bland annat krävs höghastighetstestutrustning som passiva spänningsprober med tillräcklig bandbredd och dynamiska prestanda, samt strömvisningsresistorer med mycket små kapacitansbelastningar.
En utmaning när det gäller att få komplexa system att fungera effektivt är att minska parasiteffekterna, t.ex. mätfel, strömringning, spännings-/strömspikar under övergångar och galvanisk isolering av grinddrivdon/SiC FET från lågspänningskretsar - detta kan kräva optiska, pulstransformatorer eller kapacitiva isoleringstekniker för att implementeras effektivt.
Kiselkarbidens breda bandgap gör att elektronerna snabbt kan färdas längs kanalen, vilket resulterar i snabbare växlingshastigheter, minskat motstånd, en tunnare utarmningsregion och en ökning av blockeringsspänningen. SiC MOSFET:er är därför idealiska för applikationer som kräver snabb växling med låg förlust - bland annat trefasiga växelriktare, avbrottsfri strömförsörjning (UPS) och växelriktare för solceller.
Låg på-resistans
SiC MOSFETs har lägre on-resistans än sina motsvarigheter i kisel, vilket gör dem lämpliga för högspänningsapplikationer. Detta är möjligt tack vare SiC-materialets bredare bandgap som resulterar i tunnare utarmningsregioner som gör att elektronerna lättare kan röra sig mellan enhetens source- och drain-terminaler. Dessutom bidrar materialets överlägsna värmeledningsförmåga och högre drifthastighet för mättnadselektroner till snabbare switchning som minskar on-state-motståndet med upp till 15% jämfört med kiselkretsar.
SiC Power MOSFETs lägre specifika on-resistans kan också bidra till att minska diodstorleken och de totala systemförlusterna, vilket gör dessa enheter idealiska för användning i växelriktare för elektrisk traktion och UPS-applikationer.
I takt med att efterfrågan på högspänningsenheter ökar letar tillverkarna efter sätt att förbättra on-resistance-prestandan för att ytterligare minska systemförlusterna och möjliggöra högre effektivitet i kraftsystemen. Power-MOSFET:er i SiC är den perfekta lösningen, eftersom de har överlägsna elektriska egenskaper som hög kritisk fältstyrka vid genombrott, värmeledningsförmåga och egen bärarkoncentration, vilket gör dem till en utmärkt lösning.
Power MOSFETs i SiC har fått ökad användning tack vare sina förbättrade on-state-egenskaper, vilket möjliggör effektivare switchdesign i en mängd olika högspänningsapplikationer. Tyvärr finns det dock fortfarande vissa tillförlitlighetsproblem med dessa enheter, t.ex. nedbrytning av grindoxiden, ALT-HTRB (accelerated life test high temperature reverse bias failure) och neutronskador.
Swedish 
English