众所周知,SiC作为第三代半导体材料,其性能在各方面都要优于Si基材料,与传统基于Si半导体材料的功率器件相比,新兴SiC功率器件具有开关速度快、阻断电压高和耐高温工作能力强等优点,更能满足未来电力电子技术的发展要求。
上海瞻芯电子经过三年的深度研发和极力攻关,成为中国第一家掌握6英寸SiC MOSFET和SBD工艺,以及SiC MOSFET驱动芯片的公司。
现就瞻芯电子SiC 功率器件的可靠性及应用回答客户关心的一些常见问题,让大家在使用前放心、使用中省心,从而做出更好的产品。
1. SiC MOSFET驱动与Si IGBT驱动异同?SiC MOSFET能否沿用IGBT插件驱动板方式驱动?
不能沿用。因为采用驱动板的方式,驱动回路寄生电感比较大,从而需要更大的驱动电阻来阻尼,进而导致开关速度变慢,损耗增大。如果不用更大的驱动电阻来阻尼,那么Vgs波形会导致比较大的振荡,进而导致Vds振荡,从而增加开关损耗。另,寄生电感比较大本身就增加了驱动回路阻抗,驱动电路的抗米勒能力减弱,导致开关速度变慢,损耗也增大。
2. SiC MOSFET并联中需要注意哪些事项?
要保证每个SiC MOSFET的驱动回路和主功率回路尽量对称,要求驱动芯片输出到每个SiC MOSFET的栅极距离全部一样,每个SiC MOSFET需要单独的Rg来增加一致性,如果并联的MOSFET共用一个驱动电阻将会导致阈值电压最小的那个MOSFET最先开通,同时会将其他的MOSFET的Vgs钳位在该阈值电压下,从而导致只是阈值电压最小的MOSFET开通,其余所有的管子全部未开通。关断过程也是如此,阈值电压最高的那个MOSFET先关闭,同时将电压钳位在该阈值电压下,直到该管完成关断过程。由此可见,使用一个驱动电阻来驱动所有的MOSFET会造成比较大的开关瞬间的动态不均流。为此需要为每个MOSFET配置单独的Rg,从而使得每个MOSFET的Vgs解耦,增强动态均流。静态的均流特性主要靠MOSFET本身的参数一致性来实现,需要仔细挑选参数一致的MOSFET来做直接并联。
3. SiC MOSFET TO247-4比TO247-3的寄生电感改善多少?有没有具体参数?
根据CREE公开的数据,TO247-4封装的开关损耗只有TO247-3封装的开关损耗的30%(600V/40A)。由此可见TO247-4封装优势非常明显。
TO247-3封装内部的内部公共Source电感会减缓MOSFET开通和关断的速度,从而增加了开关损耗,而TO247-4因为有单独的一根Source引线用于驱动,从而旁路了内部公共Source电感,避免了内部公共Source电感对开关过程的影响,从而达到减小开关损耗的目的。
首先看下开通过程,典型的双脉冲实验中通过开关上管来实现,我们主要聚焦上管Vgs回路。当上管开通时,Q1的Id是增加的,那么L_SL感应出来的电压是上正下负,其电压和外部所加的驱动电压(正电压)极性相同,导致内部MOSFET-Die上的Vgs电压减小,从而减缓了MOSFET开通过程。
下面再看上管关断过程,Q1关断,导致Id减小,L_SL感应出来的电压是上负下正,该电压和外部驱动电压(负电压或零电压)极性相反,会减小实际内部MOSFET-Die上的Vgs在关断过程的电压,如果L_SL上的电压足够大,甚至能造成内部MOSFET-Die上的电压从负压变为正压,导致误开通!所以L_SL会导致关断过程减慢,从而增加关断损耗。
下图使用的是TO247-4封装,因为有单独的一根Kelvin-Source引线,从而使得L_SL上的感应电压无法影响驱动回路,从而增加了开关速度,减小开关损耗。
4. 上海瞻芯电子SiC MOSFET体二极管能抗多大的浪涌电流?
瞻芯电子IV1Q12080T3体二极管的IFSM(单次正向浪涌电流)抽样测试值≥120A。相关文献报导了相同规格的Cree器件(C2M0080120D)IFSM测试值为150A,略优于瞻芯产品。
5. 上海瞻芯电子SiC MOSFET后续的产品是否有与Si兼容的Gate电压为+15V的产品?
工业界希望SiC MOSFET的驱动电压能与15V Si IGBT 兼容, 瞻芯电子的第2代和第3代SiC MOSFET兼容15V-18V驱动电压。
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