什么情況下應(yīng)該從硅片轉(zhuǎn)換到寬帶隙技術(shù)?
發(fā)布時(shí)間:2021-09-15 來源:英飛凌科技,Gerald Deboy 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】自從寬帶隙 (WBG) 器件誕生以來,為功率變換應(yīng)用帶來了一股令人激動的浪潮。但是,在什么情況下從硅片轉(zhuǎn)換到寬帶隙技術(shù)才有意義呢?迄今為止,屏蔽柵極 MOSFET、超級結(jié)器件和 IGBT等基于硅的功率器件已經(jīng)很好地在業(yè)界得到大規(guī)模應(yīng)用。這些器件在品質(zhì)因數(shù) (FoM) 方面不斷改進(jìn),加上在拓?fù)浼軜?gòu)和開關(guān)機(jī)理等方面的進(jìn)步,使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。
自從寬帶隙 (WBG) 器件誕生以來,為功率變換應(yīng)用帶來了一股令人激動的浪潮。但是,在什么情況下從硅片轉(zhuǎn)換到寬帶隙技術(shù)才有意義呢?迄今為止,屏蔽柵極 MOSFET、超級結(jié)器件和 IGBT等基于硅的功率器件已經(jīng)很好地在業(yè)界得到大規(guī)模應(yīng)用。這些器件在品質(zhì)因數(shù) (FoM) 方面不斷改進(jìn),加上在拓?fù)浼軜?gòu)和開關(guān)機(jī)理等方面的進(jìn)步,使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。工程師堅(jiān)持繼續(xù)使用硅片的最常見原因可能是在這方面擁有豐富的知識和經(jīng)驗(yàn)。然而,在某些情況下,下一代電源、逆變器和光伏系統(tǒng)的性能要求使WBG器件應(yīng)用成為首選。
在中壓應(yīng)用中,英飛凌的 OptiMOS™ 能夠提供業(yè)界更佳的品質(zhì)因數(shù)。開關(guān)電源 (SMPS)、逆變器和電池供電馬達(dá)等需要100~200V MOSFET 的應(yīng)用已經(jīng)在使用這些高頻優(yōu)化器件。然而,隨著人工智能 (AI) 協(xié)處理器等需要巨大電流的邊緣運(yùn)算應(yīng)用越來越廣泛,對提升電源供電效率和瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)能力提出了要求。 CoolGaN™可提供明顯優(yōu)于任何同類中壓硅器件的 FoM以及零反向恢復(fù)電荷,這使其成為半橋電路的完美選擇。由于其晶體平面生長特性,使封裝能夠?qū)崿F(xiàn)采用頂部散熱的創(chuàng)新機(jī)制。在 54V 輸入/12V 輸出的降壓變換器中,基于 CoolGaN™ 的設(shè)計(jì)可提供 15A 電流,在500 kHz 開關(guān)頻率時(shí)達(dá)到超過 96.5% 的峰值效率。這比同等OptiMOS™ 5 100V在100 kHz開關(guān)頻率下效率提高了1%。
在400~650V范圍內(nèi)的高電壓應(yīng)用也受會益于 CoolGaN™器件,通過利用更高開關(guān)頻率而實(shí)現(xiàn)的效率提升可提高功率密度,這種特性在空間和重量越來越寶貴的通訊和服務(wù)器電源中尤為重要。對 3kW/12V 電源的復(fù)雜帕累托分析(Pareto analysis)表明,CoolGaN™ 技術(shù)可以在大約 67W/in3 的功率密度下提供比超級結(jié) CoolMOS™ 器件高 0.7% 的效率。這里還要注意的一點(diǎn)是,第一代 GaN 器件目前正處于其技術(shù)路線圖的開始階段。研究表明,就單位面積的通態(tài)電阻而言,我們距離其理論極限值還有一個(gè)數(shù)量級。
TRENCHSTOP™ IGBT 長期以來一直是需要 1200V 開關(guān)應(yīng)用的主力,并已經(jīng)成為光伏逆變器、SMPS 和汽車逆變器等應(yīng)用的重要產(chǎn)品。與 MOSFET 一樣,每一代新器件都進(jìn)一步改善了 VCEsat 之間的權(quán)衡。然而,隨著碳化硅(SiC)技術(shù)的出現(xiàn),CoolSiC™ 等堅(jiān)固的溝槽 MOSFET在傳導(dǎo)和開關(guān)損耗方面都具有明顯優(yōu)勢,因而正在上述應(yīng)用中迅速得到認(rèn)可。硬開關(guān)圖騰柱功率因數(shù)校正電路(CCM PFC) 就是一個(gè)例子。CoolSiC™通??稍?100°C 左右溫度下運(yùn)行,隨溫度變化的相對平坦 RDS(on) 意味著 94mΩ 器件可以在 3.3kW CCM 圖騰柱 PFC 中實(shí)現(xiàn) 99% 的效率。
總體而言,CoolGaN™ 和 CoolSiC™ 都能夠提供更好的 FoM,并且可實(shí)現(xiàn)比同類硅器件更高的效率。但是,這些并不是唯一需要考慮的因素,價(jià)格同樣很重要,采用新技術(shù)帶來的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)也是如此。GaN 和 SiC 都具有不同的驅(qū)動和工作特性,為了充分發(fā)揮這些技術(shù)的潛力,可能還需要新的拓?fù)浼軜?gòu)或控制技術(shù)。
對于服務(wù)器等應(yīng)用中的圖騰柱 PFC, SiC 和 GaN 器件均可以使用。由于SiC器件的 RDS(on) 溫度相關(guān)性非常低,因此可首選用于 CCM 控制,而 GaN 則在諧振圖騰柱應(yīng)用中具有優(yōu)勢。在傳統(tǒng)升壓 PFC 中,硅 MOSFET 與 WBG 器件相比,能夠以更低成本實(shí)現(xiàn)理想的系統(tǒng)效率,因而硅 MOSFET仍然是最佳選擇。當(dāng)功率密度非常重要時(shí),尤其是在輕負(fù)載情況下,CoolGaN™ 具有更低的柵極驅(qū)動損耗,使其成為更好的選擇對象,而CoolSiC™ 則是次優(yōu)選擇,對于服務(wù)器和電信應(yīng)用的高頻 LLC 設(shè)計(jì)而言尤其如此。在汽車應(yīng)用領(lǐng)域,我們預(yù)計(jì)車載充電器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器和主逆變器等應(yīng)用對 SiC MOSFET 的需求會越來越大。
設(shè)計(jì)人員喜歡更多的選擇方案來做出最佳設(shè)計(jì),為了滿足這些需求,英飛凌正在開發(fā)多種WBG器件來補(bǔ)充其業(yè)界領(lǐng)先的硅技術(shù),使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員保留某些硅技術(shù)的同時(shí),可改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。然而,當(dāng)時(shí)機(jī)成熟時(shí),WBG 解決方案將能夠把電源設(shè)計(jì)推向前所未有的高效率和高功率密度。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進(jìn)行侵刪。
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動控制解決方案 驅(qū)動智能運(yùn)動新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
- 準(zhǔn) Z 源逆變器的設(shè)計(jì)
- 第12講:三菱電機(jī)高壓SiC芯片技術(shù)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索