性能出眾的1200V第四代SiC FET為高壓市場提供了優(yōu)秀的SiC功率解決方案

UnitedSiC（現(xiàn)名Qorvo）擴(kuò)充了其1200V產(chǎn)品系列，將其突破性的第四代SiC FET技術(shù)推廣到電壓更高的應(yīng)用中。新UF4C/SC系列中的六款新產(chǎn)品的規(guī)格從23毫歐到70毫歐，現(xiàn)以TO247-4L（采用開爾文連接）封裝提供，而1200V的53毫歐和70毫歐SiC FET還以TO247-3L封裝提供。這些新發(fā)布的SiC FET具有不凡的性能，是不斷成長的電動車市場向著800V母線車載充電器（OBC）和直流轉(zhuǎn)換器邁進(jìn)過程中的理想選擇。與前幾代一樣，新FET也非常適合工業(yè)電池充電器、工業(yè)電源、光伏轉(zhuǎn)換器、不間斷電源和各種其他功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

【圖1  按RDS(On)劃分的新1200V第四代UnitedSiC FET產(chǎn)品與現(xiàn)有1200V第三代系列)】

這些新零件采用先進(jìn)的垂直溝槽器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了世界一流的導(dǎo)通電阻與面積乘積（ROnx A），從而具備了業(yè)界一流的品質(zhì)因數(shù)（FoM），包括非常低的RDS(on)x面積、非常低的RDS(on) x Eoss、RDS(on) x Coss,(tr)和RDS(on) x Qg。與第四代產(chǎn)品組合的其余產(chǎn)品一樣，新的1200V FET可以用0-12V或0-15V柵極驅(qū)動電壓輕松驅(qū)動。由于有+/-20V的VGS,Max和高閾值電壓（4.8V），這些SiC FET能實(shí)現(xiàn)大量柵極電壓設(shè)計(jì)和噪音裕度，并與Si或SiC柵極驅(qū)動電壓兼容。1200V FET具備出色的體二極管、出眾的正向電壓（通常為1.0-1.5V）和很低的反向恢復(fù)電荷（Qrr）。

為了充分利用特定導(dǎo)通電阻超低的優(yōu)勢，新的1200V SiC FET采用先進(jìn)的銀燒結(jié)晶粒連接工藝，實(shí)現(xiàn)出色的熱性能。這些器件在出色的熱電阻Rth, j-c的支持下維持了良好的功率處理能力，同時實(shí)現(xiàn)了晶?？s小，并降低了電容和開關(guān)損耗。熱電阻改善的好處在圖2中體現(xiàn)，該圖說明了第四代1200V SiC FET的晶粒體積與競爭性技術(shù)的比較情況，以及其熱阻與同等級其他FET相比低了26%-60%。

【圖2 在采用先進(jìn)的銀燒結(jié)技術(shù)后，新1200V第四代SiC FET的結(jié)到殼熱性能與競爭性1200V FET的比較】

圖3顯示了歸一化至新第四代1200V SiC FET時，功率處理的品質(zhì)因數(shù)（Rth,j-c）、硬開關(guān)品質(zhì)因數(shù)（RDS(on) x Eoss）以及軟開關(guān)的品質(zhì)因數(shù)（RDS(on)x Coss,(tr)）和RDS(on)x Qg。雷達(dá)圖中的較低值反映了各個參數(shù)的出色表現(xiàn)。從圖中可以看出，在25oC和升高后的溫度（125oC）下，在硬開關(guān)電路（即有源前端等）和軟開關(guān)電路（即隔離的直流轉(zhuǎn)換器等）中，1200V第四代SiC FET都具有不受影響的性能優(yōu)勢。與上一代SiC FET相比，新器件在給定晶粒面積下的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%。

【圖3 新1200V第四代SiC FET的品質(zhì)因數(shù)與競爭性1200V FET的比較】

UnitedSiC（現(xiàn)名Qorvo）免費(fèi)在線設(shè)計(jì)計(jì)算工具FET-Jet Calculator?中提供了6款新1200V SiC FET，該工具可用于評估器件損耗、轉(zhuǎn)換器效率和升溫，以及找到最佳驅(qū)動條件。使用FET-Jet Calculator工具時可以明顯看出，新23毫歐（UF4SC120023K4S）和30毫歐（UF4SC120030K4S）FET是800V總線車載充電器（OBC）應(yīng)用的有源前端的出色選項(xiàng)。在圖4所示的11kW OBC前端設(shè)計(jì)示例中，新的UF4SC120030K4S能夠降低損耗（降至每個FET 37W），實(shí)現(xiàn)98%的出色半導(dǎo)體效率并在更低溫度（Tj=115oC）下運(yùn)行，并同時減小晶粒體積。圖示設(shè)計(jì)假設(shè)硬開關(guān)頻率為150kHz，散熱溫度THS=80oC，從而支持用戶獲得出色的功率密度。

【圖4 采用了新第四代UF4SC120030K4S SiC FET的11kW OBC前端設(shè)計(jì)示例】

新1200V SiC FET系列還為OBC的隔離直流轉(zhuǎn)換器級提供了出色的選擇。在這些高頻軟開關(guān)拓?fù)渲?，第四代FET的低導(dǎo)電損耗、低二極管正向壓降、低驅(qū)動器損耗（低Vg，低Qg）和低RDS(on) x Coss,(tr)都很理想。圖5展示了一個11kW，800V全橋CLLC設(shè)計(jì)示例，在每個初級側(cè)開關(guān)位置都采用了1200V SiC FET。假設(shè)運(yùn)行頻率為200kHz，散熱溫度仍為THS=80oC。使用FET-Jet Calculator?預(yù)測的性能摘要表顯示了新第四代1200V SiC FET的優(yōu)勢。在相似的晶粒體積下，UF4C120053K4S/K3S的損耗更低，有出色的半導(dǎo)體效率（99.5%），且運(yùn)行溫度較低（Tj < 100oC）。經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的UF4C120070K4S/K3S也是具有吸引力的高性價比解決方案，具有良好的效率（99.4%），只是損耗略高。

【圖5  使用新第四代UF4C120053K4S SiC FET的11kW OBC全橋CLLC設(shè)計(jì)示例】