1,11 Vorteile von Siliziumkarbid mos im Vergleich zu Silizium mos

1. Struktur und Eigenschaften von SiC-Geräten

Im Si-Material, je höher die Spannungsstandvorrichtung, desto größer ist der Widerstand pro Einheitsfläche (normalerweise erhöht im Verhältnis des Spannungsstandwerts zur Leistung von 2-2.5).Daher wird IGBT (isolierter Gate bipolar junction transistor) hauptsächlich für Spannungen über 600V verwendet. IGBT injiziert Löcher als Minderheitsträger durch Leitfähigkeitsmodulation in die Driftschicht, was zu einem geringeren Einschaltwiderstand als MOSFETs führt. Aufgrund der Akkumulation von Minderheitsträgern werden jedoch während des Abschaltens Endströme erzeugt, was zu erheblichen Schaltverlusten führt.

Die Impedanz der Driftschicht von SiC-Geräten ist niedriger als die von Si-Geräten, und es ist möglich, Hochspannungswiderstand und niedrige Impedanz mit MOSFETs mit hochfrequenten Gerätestrukturen ohne die Notwendigkeit einer Leitfähigkeitsmodulation zu erreichen. Darüber hinaus erzeugen MOSFETs grundsätzlich keine Endströme, so dass der Einsatz von SiC MOSFETs anstelle von IGBTs Schaltverluste deutlich reduzieren und eine Miniaturisierung von Wärmeableitungskomponenten erreichen kann. Darüber hinaus können SiC MOSFETs unter Hochfrequenzbedingungen betrieben werden, bei denen IGBTs nicht funktionieren können, wodurch eine Miniaturisierung passiver Geräte erreicht wird. Im Vergleich zu Si-MOSFETs von 600V bis 1200V liegen die Vorteile von SiC-MOSFETs in ihrer kleinen Chipfläche (die kleine Verpackung ermöglicht) und sehr geringen Rückgewinnungsverlusten von Bulk-Dioden.http://www.ic-bom.com/

2. Leitfähigkeit von SiC Mosfet

Die Isolationsbruchfeldstärke von SiC ist 10-mal die von Si, so dass es Hochspannungswiderstand mit einer niedrigen Impedanz und dünnen Driftschicht erreichen kann. Daher kann SiC unter dem gleichen Spannungswiderstandswert Geräte mit niedrigerem standardisierten Widerstand (Einheitsfläche auf Widerstand) erhalten. Zum Beispiel benötigt die Chipgröße von SiC MOSFET bei 900V nur 1/35 von Si MOSFET und 1/10 von SJ MOSFET, um den gleichen Leitungswiderstand zu erreichen. In kleinen Paketen kann nicht nur ein geringer Leitungswiderstand erreicht werden, sondern auch die Gate-Ladung Qg und die Anschlusskapazität können reduziert werden. Derzeit können SiC-Geräte problemlos eine Widerstandsspannung über 1700V mit sehr niedrigem Leitungswiderstand erreichen. Daher ist es nicht mehr notwendig, IGBT als bipolare Gerätestruktur zu verwenden (je niedriger der Leitungswiderstand, desto langsamer die Schaltgeschwindigkeit), um ein Gerät zu erreichen, das verschiedene Vorteile wie niedrigen Leitungswiderstand, Hochspannungswiderstand und schnelles Schalten kombiniert.

3. 3Vd Id Kennlinie

SiC-MOSFETs haben im Gegensatz zu IGBTs keine Schaltspannung, so dass sie geringe Leitungsverluste in einem breiten Strombereich von kleinen bis großen Strömen erzielen können. Bei 150 ℃, erhöht sich der Leitungswiderstand von Si MOSFET um mehr als doppelt so viel bei Raumtemperatur. Im Gegensatz zu Si MOSFET ist die Anstiegsgeschwindigkeit von SiC MOSFET relativ niedrig, was es für thermisches Design leicht macht und niedrigen Leitungswiderstand bei hohen Temperaturen hat.http://www.ic-bom.com/

4. Antriebstorspannung und Leitungswiderstand

Die Driftschichtimpedanz von SiC MOSFET ist niedriger als die von Si MOSFET, aber andererseits ist die Mobilität des MOS-Kanalteils von SiC MOSFET entsprechend dem aktuellen technologischen Niveau relativ niedrig, so dass die Impedanz des Kanalteils höher ist als die von Si-Geräten. Daher kann je höher die Gate-Spannung, desto niedriger der Leitungswiderstand (Vgs=20V oder höher allmählich gesättigt) erhalten werden. Wenn die Antriebsspannung Vgs=10-15V verwendet wird, die für allgemeine IGBT und Si MOSFET verwendet wird, kann sie die niedrige Widerstandsleistung von SiC nicht vollständig nutzen. Daher wird empfohlen, Vgs=rund 18V für das Fahren zu verwenden, um einen ausreichenden niedrigen Widerstand zu erhalten. Bei Vgs=unter 13V kann es zu thermischem Runaway kommen. Bitte achten Sie darauf, es nicht zu verwenden.

5. Vg-Id Eigenschaft

Ist die Schwellenspannung von SiC MOSFET bei mehreren mA definiert, entspricht sie Si-MOSFET und beträgt bei Raumtemperatur etwa 3V (normalerweise geschlossen). Wenn jedoch einige Ampere Strom fließen, liegt die erforderliche Gate-Spannung bei Raumtemperatur etwa 8V oder höher, so dass davon ausgegangen werden kann, dass der Widerstand gegen Fehlauslösung IGBT entspricht. Je höher die Temperatur, desto niedriger die Schwellenspannung.

6. Funktion einschalten

Die Einschaltgeschwindigkeit von SiC MOSFET entspricht der von Si IGBT und Si MOSFET, etwa zehn ns. Bei induktiver Lastschaltung fließt jedoch auch der vom Rückstrom zur Oberarmdiode erzeugte Rückgewinnstrom durch den Unterarm, was aufgrund der Leistungsabweichung jeder Diode zu erheblichen Verlusten führt. Der Rückgewinnungsstrom der Bulk Dioden in Si FRD und Si MOSFET ist in der Regel sehr hoch, was zu erheblichen Verlusten führt, und dieser Verlust neigt dazu, bei hohen Temperaturen weiter zu steigen. Im Gegenteil, SiC-Dioden werden nicht von der Temperatur beeinflusst und können sich schnell erholen. Obwohl die Bulk-Diode von SiC MOSFET einen höheren Vf hat, hat sie die gleiche schnelle Wiederherstellungsleistung wie Siliziumkarbid-Dioden. Durch die schnelle Wiederherstellung der Leistung durch diese Methoden kann der Einschaltverlust (Eon) um mehrere Zehntel reduziert werden. Die Schaltgeschwindigkeit wird maßgeblich durch den externen Torwiderstand Rg bestimmt. Um eine schnelle Aktion zu erreichen, wird empfohlen, Gate Widerstände mit geringem Widerstand von etwa einigen Ohm zu verwenden. Darüber hinaus ist es auch notwendig, die Überspannung zu berücksichtigen und einen geeigneten Gate-Widerstand zu wählen.

7. Funktion ausschalten

Das größte Merkmal von SiC MOSFET ist, dass er keinen Endstrom erzeugt, wie es bei IGBT oft vorkommt. Selbst wenn der Spannungswiderstandswert von SiC über 1200V liegt, kann es eine schnelle MOSFET-Struktur annehmen. Daher kann der Ausschaltverlust (Eoff) im Vergleich zu IGBT um etwa 90%, reduziert werden, was zur Energieeinsparung des Schaltkreises und zur Vereinfachung und Miniaturisierung der Wärmeableitungsausrüstung förderlich ist. Darüber hinaus steigt der Endstrom von IGBT mit steigender Temperatur, während SiC-MOSFETs von der Temperatur nahezu unberührt bleiben. Aufgrund der Erwärmung, die durch große Schaltverluste verursacht wird, überschreitet die Knotentemperatur (Tj) den Nennwert, so dass IGBTs normalerweise nicht in der Lage sind, in Hochfrequenzbereichen über 20KHz verwendet zu werden. Durch hochfrequente, passive Geräte wie Filter können miniaturisiert werden.http://www.ic-bom.com/

8. Interner Torwiderstand

Der interne Gate-Widerstand des Chips hängt mit der Dünnschichtimpedanz des Gate-Elektrodenmaterials und der Chipgröße zusammen. Bei gleicher Bauweise ist der interne Gate-Widerstand des Chips umgekehrt proportional zur Chipgröße. Je kleiner die Chipgröße, desto größer der Gate-Widerstand. Die Chipgröße von SiC-MOSFETs ist kleiner als die von Si-Geräten. Obwohl die Anschlusskapazität kleiner ist, ist der Gate-Widerstand auch größer.

9. Torantrieb

SiC MOSFET ist ein normal geschlossenes, spannungsgetriebenes Schaltgerät, das einfach zu fahren ist und eine geringe Antriebsleistung hat. Die grundlegende Fahrweise ist die gleiche wie IGBT und Si MOSFET. Die empfohlene Antriebsgatespannung beträgt etwa+18V auf der ON-Seite und 0V auf der OFF-Seite. In Situationen, in denen hohe Störfestigkeit und schnelles Schalten erforderlich sind, kann auch eine negative Spannung von rund -3-5 V angelegt werden. Beim Ansteuern von Hochstromgeräten und Leistungsmodulen wird empfohlen, Pufferschaltungen zu verwenden.

10. Vf und Rückleitung von Körperdioden

Wie SiC MOSFETs haben SiC MOSFETs auch Bulk Dioden (parasitäre Dioden), die durch PN-Verbindungen innerhalb ihres Körpers gebildet werden. Da die Bandlücke von SiC jedoch dreimal so groß ist wie Si, beträgt die Einschaltspannung der PN-Diode von SiC MOSFET etwa 3V, was relativ hoch ist, und der Vorwärtsspannungsabfall (Vf) ist auch relativ hoch. Bei Verwendung von schnellen Dioden für externen Rückstrom in Si MOSFETs war es aufgrund der gleichen Vf-Größe der Körperdiode und der externen Diode in der Vergangenheit notwendig, Niederspannungs-Sperrdioden in Reihe am MOSFET anzuschließen, um einen Rückstrom auf die langsame Rückgewinnungskörper-Dioden zu verhindern, was nicht nur die Anzahl der Geräte erhöhte, sondern auch den Leitungsverlust weiter verschlechterte. Allerdings ist der Vf der Körperdiode von SiC MOSFET viel höher als der der schnellen Diode, die für Reflux verwendet wird, so dass es keine Notwendigkeit gibt, die Niederspannungs-Sperrdiode in Reihe anzuschließen, wenn die externe Diode rückwärts parallel angeschlossen wird.

Der Vf der Körperdiode ist relativ hoch, was durch Eingabe eines Leitungssignals zur Gate-Elektrode wie Gleichrichtung reduziert werden kann, um es umzukehren. Während des Wechselrichterantriebs gibt der Arm auf der Rücklaufseite meist nach der Totzeit ein Gate-Leitungssignal ein (bitte bestätigen Sie die Aktion der eingesetzten CPU). Die Energisierung der Körperdiode erfolgt nur während der Totzeit und fließt dann grundsätzlich in entgegengesetzter Richtung durch den Kanal. Daher gibt es auch bei Brückenschaltungen, die ausschließlich aus MOSFETs (SBDs ohne Parallelschaltung) bestehen, kein Problem mit dem hohen Vf der Bulk-Diode.

11. Rückgewinnungseigenschaften von Bulk-Dioden.http://www.ic-bom.com/

Obwohl die Körperdiode von SiC MOSFET eine PN-Diode ist, ist die Lebensdauer des Minderheitenträgers relativ kurz, so dass es im Grunde keinen Akkumulationseffekt von Minderheitenträgern gibt. Daher kann der Wiedergewinnungsverlust von Si MOSFET-Körperdioden im Vergleich zu dem FRD außerhalb von IGBT auf ein paar- bis zehnmal reduziert werden. Die Erholungszeit der Körperdiode ist die gleiche wie die der SBD, die konstant ist und nicht vom Vorwärtseingangsstrom If beeinflusst wird (wenn dI/dt konstant ist). In Wechselrichteranwendungen können, selbst wenn nur MOSFETs verwendet werden, um eine Brückenschaltung zu bilden, sehr geringe Wiederherstellungsverluste erzielt werden, und es wird erwartet, dass das Rauschen, das durch den Wiederherstellungsstrom erzeugt wird, reduziert wird und eine Rauschunterdrückung erreicht wird.

Aus den oben genannten Aspekten kann man sehen, dass SiC MOSFETs Vorteile gegenüber Si IGBTs und MOSFETs haben.

2,2Technische Schwierigkeiten von Siliziumkarbid mos

Basierend auf verschiedenen Berichten liegt die Herausforderung nicht in der prinzipiellen Auslegung des Chips, insbesondere in der strukturellen Auslegung des Chips, die nicht schwer zu lösen ist. Die Schwierigkeit liegt in der Umsetzung des Herstellungsprozesses der Spanstruktur. Der direkteste Grund für Anwender ist natürlich, dass der Preis von SiC MOSFETs relativ hoch ist.http://www.ic-bom.com/