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SiC MOS 、IGBT和超結(jié)MOS對比

深圳市浮思特科技有限公司 ? 2023-11-30 16:12 ? 次閱讀
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在經(jīng)過多年的技術(shù)積累后,硅碳化物 (SiC) MOSFET因其強大的擊穿場和較低的損耗特性,逐漸受到工程師們的熱烈追捧。目前,它們主要用于以絕緣柵雙極晶體管IGBT)為主導(dǎo)的鍵合部件領(lǐng)域。然而,在當今功率設(shè)備的大格局中,SiC MOSFET到底扮演了何種角色?

SiC MOSFET優(yōu)勢

與IGBT相比,硅碳化物金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(SiC MOSFET)因其線性輸出特性,特別是在部分負載下,可以實現(xiàn)顯著降低的導(dǎo)通損耗。這與IGBT形成鮮明對比,后者存在膝電壓現(xiàn)象(Vce_sat)。理論上,通過增大器件面積,設(shè)計師可以將導(dǎo)通損耗降低至微小的程度,而在IGBT中卻無法如此。

圖片

開關(guān)損耗

從開關(guān)損耗角度看,在導(dǎo)通模式下由于不存在少數(shù)載流子,可以消除尾電流,實現(xiàn)極小的關(guān)斷損耗。對比IGBT,開通損耗也得到了降低,主要是由于開通電流峰值較小。這兩種損耗類型都不隨溫度增加而增大。然而,與IGBT不同的是,SiC MOSFET的開通損耗占主導(dǎo),而關(guān)斷損耗較小,這常常與IGBT的表現(xiàn)相反。

此外,由于垂直MOSFET結(jié)構(gòu)本身包括一個強大的本體二極管,因此工程師不再需要額外的續(xù)流二極管。這個本體二極管基于pn二極管,SiC器件的膝電壓大約為3V。現(xiàn)在有人可能會質(zhì)疑,如果在二極管模式下導(dǎo)通損耗可能會很高。但實際僅在短暫的死區(qū)時間內(nèi)工作。在這段200納秒到500納秒的時候內(nèi)進行硬切換,對于零電壓開關(guān)(ZVS)等揩振拓撲,這個時間應(yīng)該少于50納秒。

SiC MOSFET應(yīng)用

最近,市場上有650V CoolSiC MOSFET衍生產(chǎn)品,可以廣布于650V的產(chǎn)品組合。這種技術(shù)不僅能補充這個阻斷電壓級別的IGBT,還能補充CoolMOS技術(shù)。這兩種設(shè)備都具有快速開關(guān)和線性電流-電壓特性;然而,SiC MOSFET在硬切換和超過10kHz的切換頻率下,允許本體二極管工作?;跈M溝的SiC MOSFET將低導(dǎo)通電阻和防止過度柵氧化物場應(yīng)力的優(yōu)化設(shè)計相結(jié)合,提供了與 IGBT 相似的柵氧化物可靠性。

與超結(jié)MOS的對比

與超結(jié)設(shè)備相比,SiC MOSFET在輸出電容電荷(Qoss)方面明顯較低,并具有與漏電壓特性更加平滑的電容。這些特點使SiC MOSFET能夠用于如半橋和連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)圖騰極等高效率橋拓撲。另一方面,CoolMOS部件會展示其在硬切換在本體二極管上導(dǎo)通不存在或者可以預(yù)防的應(yīng)用中的優(yōu)勢。這為硅碳化物和超結(jié)MOSFET在600V至900V的電壓類別中共存奠定了基礎(chǔ)。

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