Infineon SiC FET介绍(1)

一般提到的WBG产品,通常泛指为GaN与SiC FET二种功率元件。而WBG产品与silicon MOSFET最大的差异为能阶,也就是电子伏特,silicon MOSFET在电子伏特为1左右,而SiC FET在电子伏特为3.X,同时能阶又与耐压相关连,因此SiC FET为高耐压产品。SiC FET在热导系数上比较高,表示SiC FET在温度特性上表现会比较好,Rds-on不容易受温度影响。同时SiC FE电子飘移速度比较快,适合高频切换应用,适合应用在高功率密度产品设计。


一般在评估半导体的特性会利用Qoss/Qrr/Eoss/Qg/VF关键品质因素来当作参考依据

  • Qoss→在soft switching的架构上,Qoss小,则dead time在设计上可以比较短,有效传递能量时间可以增加,有利于提升效率。SiC FET相较于silicon MOSFET有大幅度的减少
  • Qrr→在半桥架构下容易造成硬换相,较小的Qrr可以减少short through的现象发生。SiC FET相较于silicon MOSFET有相当程度的降低
  • Eoss与hard switching相关(例如flyback架构),在硬切影响切换损失。由于SiC FET为高能阶的产品,die的厚度比较薄,等效出来的电容比较大
  • Qg影响驱动损耗,主要影响轻载效率。SiC FET相较于silicon MOSFET也是来得比较小
  • 由于半导体材料因素,SiC FET相较于silicon MOSFET在Vf值来得比较高,同时VF与Vgs相关连


当WBG材料尚未发展时,主要的半导体材料以silicon为主。在高频化与高功率密度的产品需求上应用GaN的产品。而SiC FET的产品具有较好的温度特性,适合大功率的产品应用。在三者重叠的部分,则可以针对客户当下的产品规格与成本来选择适当的产品。


在Rds-on对应温度的曲线下,由于SiC FET具有较好的温度特性,Rds-on受温度影响较少,在相同的温度条件下,与silicon MOSFET在Rds-on有46%左右的距,在实际应用上可以选择低一规的Rds-on来维持同等级效率与温度的需求,也可进一步达到节省成本的目的。


一般silicon MOSFET的驱动电压Vgs只要大约8V以上,就可完全导通,即使Vgs电压提高至10V,甚至是20V,所能够导通的电流也几乎一致,但在SiC FET的驱动电压应用上,不同的Vgs电压所能导通的电流却有很大的差异。以Vgs=15V与Vgs=18V为例,电压只相差3V,但导通的电流却差了将近快一半。因此Infineon建议SiC FET要达到最佳的效率,Vgs电压建议设计在18V。

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