SMPD先進(jìn)絕緣封裝充分發(fā)揮SiC MOSFET優(yōu)勢(shì)

SMPD可用于標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓、升壓、橋臂(phase-leg)，甚至是定制的組合。它們可用于各種技術(shù)產(chǎn)品，如Si/SiC MOSFET、IGBT、二極管、晶閘管、三端雙向可控硅，或定制組合，具有從40V到3000V不同電壓等級(jí)。

ISOPLUS - SMPD 及其優(yōu)勢(shì)

SMPD代表表面安裝功率器件(Surface Mount Power Device)，是先進(jìn)的頂部散熱絕緣封裝，由IXYS（現(xiàn)在是Littelfuse公司的一部分）在2012年開(kāi)發(fā)。SMPD只有硬幣大小，具有幾項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：

·      集成DCB絕緣，可在功率和溫度循環(huán)下提供最佳的可靠性。

·      IXYS專(zhuān)有DCB結(jié)構(gòu)具有最低2.5kV絕緣電壓。

·      在器件中優(yōu)化DCB空間的使用，提高功率密度，簡(jiǎn)化熱管理。

·      允許標(biāo)準(zhǔn)回流焊，便于制造。

SMPD可用于標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓、升壓、橋臂(phase-leg)，甚至是定制的組合。它們可用于各種技術(shù)產(chǎn)品，如Si/SiC MOSFET、IGBT、二極管、晶閘管、三端雙向可控硅，或定制組合，具有從40V到3000V不同電壓等級(jí)。

與標(biāo)準(zhǔn)分立器件相比，基于SiC的SMPD具有性能優(yōu)勢(shì)

在基于碳化硅（SiC）MOSFET的SMPD和標(biāo)準(zhǔn)分立封裝之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，以量化Littelfuse SMPD所提供的優(yōu)勢(shì)。

測(cè)量原理是基于標(biāo)準(zhǔn)的雙脈沖測(cè)試裝置，并使用Littelfuse的動(dòng)態(tài)特性分析平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。在MOSFET開(kāi)關(guān)參數(shù)方面進(jìn)行器件比較，如開(kāi)關(guān)時(shí)間Tsw和開(kāi)關(guān)能量Esw，以及二極管開(kāi)關(guān)參數(shù)，如反向恢復(fù)時(shí)間trr、最大反向電流Irm和反向恢復(fù)能量Err。

將一個(gè)1200V的SiC SMPD器件與具有相近導(dǎo)通電阻RDS(ON)，在柵極至源極工作電壓(VGS)方面采用相近技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)分立封裝器件進(jìn)行比較。

柵極電壓的比較表明，帶有開(kāi)爾文源的SMPD不僅加快了柵極的充電速度，而且由于其封裝電感較低，在相同的工作條件下減少了柵極振蕩。導(dǎo)通期間的漏極電流比較表明，盡管TO-247-4L和TO-263-7L封裝器件具有相近的溝道電阻RDS(ON)和相近技術(shù)MOSFET芯片，但其尖峰電流卻高出約25%。因此，由于最大反向恢復(fù)電流Irm值較高，這些器件的體二極管可能遭受更大的應(yīng)力。從體二極管的反向電流比較中可以看出，盡管SMPD和TO-247-3L封裝中的芯片相同，但SMPD器件具有更短的反向恢復(fù)時(shí)間，更高的di/dt，這又反過(guò)來(lái)減少了體二極管的損耗，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

從測(cè)量結(jié)果可以看出，與標(biāo)準(zhǔn)分立封裝相比，SMPD的所有動(dòng)態(tài)參數(shù)都有明顯的改善。根據(jù)觀察，盡管在SMPD和TO-247-3L封裝中具有相同的芯片，但SMPD在應(yīng)用中提供了顯著的性能改進(jìn)。假設(shè)應(yīng)用的開(kāi)關(guān)頻率為80kHz，漏極到源極電壓為800V，SMPD在50%負(fù)載條件下可減少21%的開(kāi)關(guān)損耗，在80%負(fù)載條件下可減少18%的損耗。與所有其他分立器件相比，SMPD損耗的降低程度在50%負(fù)載下更為突出。

SMPD在應(yīng)用中具有多種優(yōu)勢(shì)

●   由于獨(dú)立的開(kāi)爾文源極腳(S)，柵極驅(qū)動(dòng)路徑與負(fù)載電路分離。負(fù)載電流沒(méi)有負(fù)反饋到柵極回路中，這改善了EMI，并減少了寄生導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。

●   大部分雜散電感Ls被排除在柵極環(huán)路之外，實(shí)現(xiàn)了更快的開(kāi)關(guān)速度，不僅降低了損耗，還提高了效率，并減少了柵極振蕩。

●   最大限度地減少了封裝的相互寄生電感和耦合電容。

●   最大限度地減少了損耗，提高了效率。SMPD還將結(jié)溫Tvj保持在低水平，從而簡(jiǎn)化了熱設(shè)計(jì)。

●   基于DCB的絕緣封裝，減化了安裝和熱設(shè)計(jì)[1] 。

通過(guò)在應(yīng)用中使用SMPD，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)更短的功率環(huán)路，同時(shí)減少必需器件的數(shù)目。較短的功率環(huán)路使得雜散電感最小化，這有助于減少柵極振蕩和漏極電壓過(guò)沖。

使用基于SiC MOSFET的SMPD器件組成功率級(jí)架構(gòu)

Littelfuse的SMPD可用于標(biāo)準(zhǔn)的功率電子器件，設(shè)計(jì)人員可以用更少的器件實(shí)現(xiàn)高出36%的功率能力。

作者：Littelfuse公司Aalok Bhatt、Francois Perraud、José Padilla和Martin Schulz