SiC功率元件｜基礎篇

總結

2019.05.09

本文匯總了SiC的物理特性、SiC-SBD（蕭特基二極體）、SiC-MOSFET、全SiC功率模組的關鍵要點作為最後的總結篇。

＜前言＞

▶前言

關鍵要點

・SiC功率元件是能夠降低損耗，並高溫環境的工作特性優異的新一代低損耗元件。

・雖然是新半導體，但在要求高品質和高可靠性的車載設備市場已擁有豐碩的實際應用業績。

＜何謂SiC（碳化矽）？＞

▶何謂碳化矽

關鍵要點

・SiC的物理特性適用於功率元件。

・與Si半導體相比,具有更優異的降低損耗和能在高溫度環境下工作的特性。

▶SiC功率元件的研發背景和優點

關鍵要點

・開發SiC是能源問題的一大解決方案。

・SiC具有降低損耗、實現小型化的巨大優勢。

＜SiC蕭特基二極體＞

▶所謂SiC-SBD－特長以及與Si二極體的比較

關鍵要點

・SiC-SBD的特長是擁有優異的高速性且實現了高耐壓。

・與高耐壓Si-PN二極體相比，反向恢復時間等高速性優異，可實現更低損耗和小型化。

▶所謂SiC-SBD－與Si-PND的反向恢復特性比較

關鍵要點

・SiC-SBD與Si-PND（FRD）相比，trr高速且反向恢復電流也顯著減少，因此損耗也小。

・SiC-SBD的反向恢復特性（trr和反向恢復電流）基本上沒有溫度依賴性。

▶所謂SiC-SBD－與Si-PND的正向電壓比較

關鍵要點

・SiC-SBD的VF隨著溫度升高而上升，但Si-PND（FRD）的VF是下降的。

・高溫下SiC-SBD的VF上升會使IFSM下降，但不會像VF下降的Si-PND（FRD）那樣發生熱失控。

・第2代SiC-SBD可以說是目前情況下降低VF、最有助於降低損耗的功率二極體。

▶SiC-SBD的發展歷程

關鍵要點

・ROHM SiC-SBD已經發展到第3代。

・第3代產品的抗突波電流特性與漏電流特性得到改善，並進一步降低了第2代達成的低VF。

▶使用SiC-SBD的優勢

關鍵要點

・trr速度快，因此可大幅減少恢復損耗，從而可實現高效率。

・同樣的原因，反向電流小，因此雜訊小，可減少抗雜訊/浪湧的對策零件，從而實現小型化。

・高頻工作有助於實現電感等週邊零件的小型化。

▶何謂SiC-SBD－關於可靠性試驗

關鍵要點

・ROHM針對SiC-SBD的可靠性，針對標準的半導體元件，根據標準進行試驗與評估。

＜何謂SiC-MOSFET＞

▶所謂SiC-MOSFET－特長

關鍵要點

・SiC-MOSFET相對於Si-MOSFET和IGBT，更有助於降低應用的損耗和實現應用的小型化。

▶何謂SiC-MOSFET－功率電晶體的結構與特長比較

關鍵要點

・功率電晶體的特長因材料和結構而異。

・在特性方面各有優缺點，但SiC-MOSFET在整體上具有優異的特性。

▶何謂SiC-MOSFET－與Si-MOSFET的區別

關鍵要點

・為使SiC-MOSFET獲得低啟動阻抗，Vgs需要在18V前後，要比Si-MOSFET高。

・SiC-MOSFET的內部閘極電阻比Si-MOSFET大，因此外接Rg較小，但需要權衡突波保護。

▶何謂SiC-MOSFET－與IGBT的區別

關鍵要點

・SiC-MOSFET在Vd-Id特性方面，導通阻抗特性的變化呈線性，因此在低電流範圍優於IGBT。

・SiC-MOSFET的開關損耗遠低於IGBT。

▶何謂SiC-MOSFET－Body Diode的特性

關鍵要點

・SiC-MOSFET BodyDiode的正向特性Vf比Si-MOSFET大。

・SiC-MOSFET BodyDiode的trr更高速，與Si-MOSFET相比可大幅降低恢復損耗。

▶何謂SiC-MOSFET－溝槽結構SiC-MOSFET與實際產品

關鍵要點

・ROHM已實現採用獨有雙溝槽結構的SiC-MOSFET的量產。

・溝槽結構的SiC-MOSFET與DMOS結構的產品相比，啟動阻抗降低約50%，輸入電容降低約35%。

▶何謂SiC-MOSFET－SiC-MOSFET的應用實例

關鍵要點

・通過SiC-MOSFET的應用實例，思考SiC-MOSFET的有效性。

▶何謂SiC-MOSFET－SiC-MOSFET的可靠性

關鍵要點

・ROHM的SiC-MOSFET與已經普及的Si-MOSFET具有同等可靠性。

＜全SiC功率模組＞

▶何謂全SiC功率模組

關鍵要點

・全SiC功率模組由ROHM自主生產的SiC-MOSFET和SiC-SBD組成。

・與傳統的Si-IGBT功率模組相比，“全SiC”功率模組可高速開關並可大幅降低損耗。

・全SiC功率模組正在不斷進化，最新產品搭載了最新的第三代SiC-MOSFET。

▶全SiC功率模組的開關損耗

關鍵要點

・與IGBT模組相比，全SiC功率模組的開關損耗大大降低。

・尤其是開關頻率越高，其損耗差越大。

・SiC功率模組可以大幅降低損耗並同時實現高速開關。

▶應用要點：閘極驅動　其1

關鍵要點

・“閘極誤導通”是全SiC功率模組的閘極驅動需要探討的事項之一。

・閘極誤導通是由高側開關導通時的dV/dt速度快、及低側閘極寄生電容和閘極阻抗引起的。

▶應用要點：閘極驅動　其2

關鍵要點

・“閘極誤導通”的抑制方法有三種：①使關斷時的Vgs為負電壓，②增加外接CGS，③增加米勒鉗位MOSFET。

・通過優化全SiC功率模組的閘極驅動，可實現更低損耗的乾淨動作。

▶應用要點：緩衝(Snubber)電容

關鍵要點

・要發揮高速開關性能優勢，需要極力抑制電氣佈線的寄生電感。

・靠近電源引腳連接電容器，可降低佈線電感。

▶應用要點： 專用閘極驅動器和緩衝(Snubber)模組的效果

關鍵要點

・使用專用閘極驅動器和緩衝模組，可顯著抑制浪湧和振鈴。

・在損耗方面，Eon增加，Eoff減少。若以總損耗（Eon + Eoff）來比較，損耗是減少的。

【下載資料】 SiC功率元件基礎

介紹SiC的物理性質和優點，並透過與Si元件的比較，介紹SiC蕭特基二極體和SiC MOSFET的特點及使用方法上的不同，還介紹了集多重優點於一身的全SiC模組。

總結
下載

    SiC功率元件

    基礎篇

    應用篇

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