Onsemis nya SiC MOSFET

Kiselkarbid (SiC) är en halvledare med brett bandgap som är analog med diamant och har liknande elektriska egenskaper som möjliggör högre switchfrekvenser, lägre effektförluster och högre effekttäthet.

Onsemis 1200 V EliteSiC plana SiC MOSFET finns nu i ett industristandard TO-247-4L paket och har minskade lednings- och avstängningsförluster jämfört med tidigare generationer, vilket ger 11mO resistans.

Liten storlek

Onsemis krafthalvledare ger konstruktörer ett brett urval av alternativ för kapslingsstorlek och spänningsklassning, och deras kiselkarbidteknik (SiC) ger snabbare växlingshastigheter med minskade ledningsförluster än traditionella kiselkraftswitchar.

Effekthanteringskretsar för elbilars traktionsomvandlare, laddare och DC-DC-omvandlare förlitar sig ofta på SiC MOSFETs och dioder för optimal prestanda. Den 1200 V EliteSiC plana SiC MOSFETen minskar lednings- och avstängningsförlusterna med 30% med ett lågt on-motstånd på 11mO, vilket leder till högre effektivitet, snabbare arbetsfrekvenser, högre uteffekt och minskade EMI-utsläpp.

TBL045N065SC1 levereras i ett TOLL-paket och uppfyller Pb-, Halogen- och BFR-standarder med fuktkänslighetsnivå 1 (MSL 1) för att göra den lämplig för krävande applikationer som solomvandlare, server- och telekomströmförsörjning, avbrottsfri strömförsörjning (UPS) och energilagring. Eftersom Onsemi är en av de enda vertikalt integrerade leverantörerna av SiC-krafthalvledare med egen boule-tillväxt, substrattillverkning, epitaxi och tillverkningsprocesser för enheter, kan Onsemi snabbt leverera ytterligare erbjudanden; Onsemis senaste enhet erbjuder 60% mindre förpackning jämfört med sin föregångare i kisel för att hjälpa kunderna att uppfylla ErP- och 80 PLUS Titanium-effektivitetsstandarder.

Hög effektivitet

Halvledare av kiselkarbid (SiC) kan bidra till att förbättra systemeffektiviteten och sänka kostnaderna, särskilt för högeffektsapplikationer som laddning av elfordon, industriella drivenheter och strömförsörjning, datacenter eller ombordladdning av elfordon. Även små förbättringar av systemeffektiviteten kan ge dramatiska resultat: om man t.ex. förbättrar en EV-omriktare med bara en procentenhet kan man köra 4 miljarder miles mer per år, medan man genom att förbättra den för datacenter kan spara $650 miljoner per år bara på elkostnaderna!

Med en blockeringsspänning på 1200 V kan SiC MOSFET:er leverera högre strömmar i mindre utrymmen och samtidigt hantera värme mer effektivt än traditionella effekttransistorer i kisel. Deras drain-source on-motstånd (RDS(on)) på mindre än 1 mO gör att de kan leverera högre ström med minskade brusemissioner medan deras soft recovery body-diod minimerar den omvända återvinningsströmmen för minskad minimering av den omvända återvinningsströmmen samt minimering av den omvända återvinningsströmmen och minskning av den omvända återvinningsströmmen, minimering av ringljud medan deras isolerade gate-struktur förhindrar att laddning laddas ur i deras kroppar för minskade kopplingsförluster och brusemissioner.

I applikationer med hård switchning kan 1200 V EliteSiC MOSFET minska effektförlusten med 20% jämfört med branschledande konkurrenter, vilket gör att konstruktörerna kan arbeta med högre switchfrekvenser samtidigt som de använder mindre passiva komponenter och sänker systemkostnaden totalt sett. Dessutom gör den snabba switchningen och de låga ledningsförlusterna att den här enheten är idealisk för höghastighetsapplikationer.

Hög tillförlitlighet

SiC power MOSFET fortsätter sin snabba ökning i applikationer, men tidiga användare uttrycker ofta oro över dess tillförlitlighet. Studier visar att SiC är extremt tåligt, men det krävs ändå rigorösa tester under svåra förhållanden för att bedöma hur det fungerar under ström, EMI, temperaturfluktuationer och mycket mer. Dessa utvärderingar gör det möjligt för konstruktörer att göra bättre kretsdesign som maximerar prestanda och sparar kostnader.

Ingenjörerna på Infineon har lyckats minska felfrekvensen för SiC-komponenter genom att screena dem med höga spänningar. Denna screeningprocess innebär att man applicerar successiva spänningar som är en V högre än tidigare; deras tröskelspänningar mäts sedan och deras förhållande till rekommenderad spänning för grindanvändning på datablad används för att beräkna faktorer för minskning av felfrekvensen.

Tillförlitlighetsproblem förknippade med paketerade SiC MOSFETs under strömcykelstress kvarstår också. Även om det inte är lika extremt orsakar nedbrytning från laddningsfällor vid SiC/SiO2-gränssnittet betydande förändringar i tröskelspänning och genomströmning som minskar enhetens livslängd.

Onsemi presenterade nyligen en 650 V SiC power MOSFET med TOLL-förpackning som uppfyller alla dessa kriterier och mer därtill! Den är speciellt utformad för att uppfylla de rigorösa kraven för switchade nätaggregat, server- och telekomnätaggregat, solcellsväxelriktare och avbrottsfri strömförsörjning; den är också fri från halogener (halogenfri, Pb-fri och RoHS-kompatibel).

Låg på-resistans

SiC MOSFETs har lägre on-resistans än kisel (Si) enheter, vilket möjliggör mindre förpackningar och energibesparingar. Deras snabbare kopplingstider leder till förbättrad effektivitet och lägre effektförluster - liksom lägre temperaturkoefficienter som gör dem mer tillförlitliga än krafthalvledare av kisel.

On-resistansen är en viktig faktor för kortslutningståligheten i högströmsapplikationer, särskilt i SiC-enheter med lång on-resistans och när de är direkt anslutna till spänningskällorna drain och source. En SiC-enhet med för hög on-resistans förlänger den tid det tar för dess gate-drivspänning att nå mättnad och utlösa en lavineffekt, vilket kan leda till nedbrytning av det kiseloxidskikt (Si) som separerar drain och source.

Ett sätt att minska on-resistansen är att göra gate driver-IC:erna mer robusta, vilket hjälper till att förhindra skador på enheterna. UnitedSiC har tillverkat SiC FETs med branschens lägsta on-resistans. Deras 4:e generationens UJ4SC075006K4S har t.ex. 6 mOhm on-resistans och klarar 750 V spänning med integrerad de-sat-funktion som integreras sömlöst med standarddrivdon.

Toshiba har utvecklat en komponentstruktur som drastiskt sänker on-motståndet genom att minska JFET-resistansen och spridningsmotståndet, med RonA reducerad med 43% och Ron*Qgd med 80% jämfört med andra generationens produkter, samt genom att lägga till en bredare p-diffusionsregion för att minska återkopplingskapacitansen och JFET-resistansen.