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性能出众的1200V第四代SiC FET为高压市场提供了优秀的SiC功率解决方案

作者:时间:2022-06-16来源:UnitedSiC收藏

(现名Qorvo)扩充了其1200V产品系列,将其突破性的第四代SiC FET技术推广到电压更高的应用中。新UF4C/SC系列中的六款新产品的规格从23毫欧到70毫欧,现以TO247-4L(采用开尔文连接)封装提供,而1200V的53毫欧和70毫欧SiC FET还以TO247-3L封装提供。这些新发布的SiC FET具有不凡的性能,是不断成长的电动车市场向着800V母线车载充电器(OBC)和直流转换器迈进过程中的理想选择。与前几代一样,新FET也非常适合工业电池充电器、工业电源、光伏转换器、不间断电源和各种其他功率转换应用。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/202206/435234.htm


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【图1  按RDS(On)划分的新1200V第四代 FET产品与现有1200V第三代系列)】


这些新零件采用先进的垂直沟槽器件结构,实现了世界一流的导通电阻与面积乘积(ROnx A),从而具备了业界一流的品质因数(FoM),包括非常低的RDS(on)x面积、非常低的RDS(on) x Eoss、RDS(on) x Coss,(tr)和RDS(on) x Qg。与第四代产品组合的其余产品一样,新的1200V FET可以用0-12V或0-15V栅极驱动电压轻松驱动。由于有+/-20V的VGS,Max和高阈值电压(4.8V),这些SiC FET能实现大量栅极电压设计和噪音裕度,并与Si或SiC栅极驱动电压兼容。1200V FET具备出色的体二极管、出众的正向电压(通常为1.0-1.5V)和很低的反向恢复电荷(Qrr)。


为了充分利用特定导通电阻超低的优势,新的1200V SiC FET采用先进的银烧结晶粒连接工艺,实现出色的热性能。这些器件在出色的热电阻Rth, j-c的支持下维持了良好的功率处理能力,同时实现了晶粒缩小,并降低了电容和开关损耗。热电阻改善的好处在图2中体现,该图说明了第四代1200V SiC FET的晶粒体积与竞争性技术的比较情况,以及其热阻与同等级其他FET相比低了26%-60%。


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【图2 在采用先进的银烧结技术后,新1200V第四代SiC FET的结到壳热性能与竞争性1200V FET的比较】


图3显示了归一化至新第四代1200V SiC FET时,功率处理的品质因数(Rth,j-c)、硬开关品质因数(RDS(on) x Eoss)以及软开关的品质因数(RDS(on)x Coss,(tr))和RDS(on)x Qg。雷达图中的较低值反映了各个参数的出色表现。从图中可以看出,在25oC和升高后的温度(125oC)下,在硬开关电路(即有源前端等)和软开关电路(即隔离的直流转换器等)中,1200V第四代SiC FET都具有不受影响的性能优势。与上一代SiC FET相比,新器件在给定晶粒面积下的RDS(on)最多可降低40%,25oC的RDS(on)x Eoss可降低37%,25oC的RDS(on) x Coss,(tr)可降低54%。


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【图3 新1200V第四代SiC FET的品质因数与竞争性1200V FET的比较】


(现名Qorvo)免费在线设计计算工具FET-Jet Calculator™中提供了6款新1200V SiC FET,该工具可用于评估器件损耗、转换器效率和升温,以及找到最佳驱动条件。使用FET-Jet Calculator工具时可以明显看出,新23毫欧(UF4SC120023K4S)和30毫欧(UF4SC120030K4S)FET是800V总线车载充电器(OBC)应用的有源前端的出色选项。在图4所示的11kW OBC前端设计示例中,新的UF4SC120030K4S能够降低损耗(降至每个FET 37W),实现98%的出色半导体效率并在更低温度(Tj=115oC)下运行,并同时减小晶粒体积。图示设计假设硬开关频率为150kHz,散热温度THS=80oC,从而支持用户获得出色的功率密度。


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【图4 采用了新第四代UF4SC120030K4S SiC FET的11kW OBC前端设计示例】


新1200V SiC FET系列还为OBC的隔离直流转换器级提供了出色的选择。在这些高频软开关拓扑中,第四代FET的低导电损耗、低二极管正向压降、低驱动器损耗(低Vg,低Qg)和低RDS(on) x Coss,(tr)都很理想。图5展示了一个11kW,800V全桥CLLC设计示例,在每个初级侧开关位置都采用了1200V SiC FET。假设运行频率为200kHz,散热温度仍为THS=80oC。使用FET-Jet Calculator™预测的性能摘要表显示了新第四代1200V SiC FET的优势。在相似的晶粒体积下,UF4C120053K4S/K3S的损耗更低,有出色的半导体效率(99.5%),且运行温度较低(Tj < 100oC)。经济实惠的UF4C120070K4S/K3S也是具有吸引力的高性价比解决方案,具有良好的效率(99.4%),只是损耗略高。


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【图5  使用新第四代UF4C120053K4S SiC FET的11kW OBC全桥CLLC设计示例】




关键词: UnitedSiC

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