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沟槽当道,平面型SiC MOSFET尚能饭否?

Hobby观察 来源:电子发烧友 作者:梁浩斌 2024-04-08 01:55 次阅读

电子发烧友网报道(文/梁浩斌)最近,安森美发布了第二代1200V SiC MOSFET产品。安森美在前代SiC MOSFET产品中,采用M1及其衍生的M2威廉希尔官方网站 平台,而这次发布的第二代1200V SiC MOSFET,安森美称其为M3S。

M3S产品导通电阻规格分为13/22/30/40/70mΩ,适配TO247−3L/4L和D2PAK−7L分立封装。

据官方介绍,S代表开关,M3S系列专注于提高开关性能,相比于第一代1200V碳化硅MOSFET,除了降低特定电阻RSP (即RDS(ON)*Area) ,还针对工业电源系统中的高功率应用进行了优化,如太阳能逆变器、ESS、UPS 和电动汽车充电桩等。

延续平面型结构,针对不同应用采用两种设计

安森美在第一代SiC MOSFET上采用了平面设计,包括了M1和后续从M1衍生出的M2平台,涵盖750V、900V、1200V的耐压规格。在M1平台上,安森美的SiC MOSFET采用Square Cell结构、M2平台采用Hex-cell结构。

第一代SiC MOSFET产品上,安森美没有为一些特定领域进行特殊设计,主要面向的是通用市场。而第二代产品中,安森美除了将M3的工艺平台迭代至strip-cell,还为不同的应用需求,设计了两种威廉希尔官方网站 方案,分别是T设计和S设计。

其中T设计主要针对逆变器,因此需要更低的RDS(ON)和更好的短路能力,而不是更快的开关速度。S设计对高开关性能进行了优化,因此设计具有较低的QG(TOT) 和较高的di/dt和dv/dt,从而降低开关损耗。

基于M3平台的strip-cell结构,安森美第二代SiC MOSFET 在导通电阻、开关损耗、反向恢复损耗以及短路时间等关键性能指标上均为业界领先水平,同时实现最优的成本。不过目前安森美M1到M3平台均为平面型设计,下一代M4将会升级为沟槽结构,降低SiC MOSFET芯片面积的同时,成本也将显著得到优化。

实现导通损耗和开关损耗之间的平衡

参数来看,安森美M3S平台的第二代SiC MOSFET相比第一代,主要是在导通损耗和开关损耗之间实现更好的平衡。

根据安森美的实测数据,首先在导通电阻RDS(ON)方面,一代产品的导通电阻随温度升高而升高的幅度较小,在导通损耗上,实际上一代产品是要优于二代产品的。但是在高开关频率下运行的应用中,导通在损耗中的比例相对较低,反而是受沟道电阻的影响,与第二代相比,第一代需要更高的正栅极偏置(VGS)才能完全导通,这就需要在驱动电路上进行额外的设计。因此,第二代的M3S更适合快速的开关应用。

导通和开关损耗在系统中是很关键的参数,特别对于高开关频率拓扑的应用。在相同条件的双脉冲测试电路中,二代相比一代实现了开关性能的大幅提升,开关损耗降低了40%,导通损耗降低了20-30%,总开关损耗比一代降低了34%。

总体来看,M3S整体的设计都趋向高频开关应用,相比上一代更加着重于导通损耗和开关损耗之间的平衡,在工业自动化、储能、充电桩、电动汽车OBC/DC-DC等领域都会有较好的应用效果。

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