Piikarbidi-MOSFETien edut

Piikarbidi-MOSFET:t (metallioksidipuolijohdekenttätransistorit) ovat keskeisiä elementtejä tehoelektroniikan sovelluksissa, sillä ne tarjoavat laajan kaistanleveyden, korkean läpilyöntijännitteen ja virrantiheyden ominaisuudet.

Nämä virtalähteet soveltuvat erityisesti LLC:n ja ZVS:n kaltaisiin kovakytkentäisiin topologioihin, sillä ne tarjoavat suuremman järjestelmän hyötysuhteen pienemmillä komponenteilla pienempien järjestelmäkustannusten ja energiatehokkaan virtalähteen pienemmällä Millerin kapasitanssilla.

Korkea jännite hajoaminen

Piikarbidin piitä korkeampi sähkökenttä mahdollistaa sen käytön korkeamman jännitteen laitteissa, kuten taajuusmuuttajissa, moottorikäytöissä ja aurinkosähköisissä inverttereissä, jotka kytkeytyvät korkealla taajuudella, jolloin vältetään ylikuumeneminen, joka voisi johtaa lämpökatkokseen. Tämän vuoksi piikarbidi sopii erinomaisesti sovelluksiin, joissa käytetään suurempia virtoja.

SiC MOSFETit voidaan suunnitella kestämään salamaniskujen ja kytkinlaitteiden kaariutumisen aiheuttamia suuria transientteja ilman, että niitä tarvitsee vähentää, mikä vähentää suorituskykyä ja lyhentää laitteen käyttöikää. Tämä mahdollistaa vankemmat järjestelmät, joiden kokonaiskustannukset ja -jalanjälki ovat alhaisemmat ja jotka ovat luotettavampia ja tehokkaampia kuin perinteiset IGBT- tai teho-MOSFET-elementit.

SiC:n n-kerros on paljon ohuempi ja se voidaan seostaa voimakkaammin, mikä johtaa paljon pienempään resistanssiin tietyllä läpilyöntijännitteellä, mikä tarkoittaa, että ne vaativat huomattavasti vähemmän virtaa toimiakseen samalla jännitteellä, mikä vähentää edelleen kytkentähäviöitä ja järjestelmien energiankulutusta.

SiC MOSFETeissä on myös 3,3 kertaa suurempi oksidiesteen korkeus kuin pii-MOSFETeissä, mikä vaikeuttaa elektronien tunneloitumista ja aiheuttaa oikosulkuvikoja. Lisäksi eri induktansseilla, ympäristön lämpötiloissa ja portin käyttöjännitteillä suoritetut testit ovat osoittaneet, että niiden lumivyörykapasiteetti ei ole riippuvainen lämpötilasta, mikä on lisätodiste siitä, että SiC:llä on vakaampi lumivyörykäyttäytyminen kuin piistä valmistetuilla vastineilla [51].

Korkea virrantiheys

Piikarbidin teho-MOSFETit voivat tarjota suuremman virrantiheyden kuin piistä valmistetut vastineensa, koska niiden sähkökentän voimakkuus on 10 kertaa suurempi, mikä mahdollistaa ohuemmat ajelehtimiskerrokset laitteessa ja pienentää kanavan kokonaisvastusta.

SiC-laitteilla on laajat kaistanleveydet, jotka edistävät ohuempien tyhjenemisalueiden syntymistä, minkä ansiosta ne pystyvät käsittelemään suurempia jännitteitä ja virtoja ilman vaurioita tai rikkoutumista - etu, jonka ansiosta ne soveltuvat erilaisiin tehosovelluksiin.

SiC-laitteiden etuna on myös se, että niiden kytkentävastus on pienempi kuin piistä valmistettujen vastaavien laitteiden, mikä tarkoittaa, että kytkennän aikana menetetään vähemmän virtaa ja tehokkuus paranee - tämä seikka tekee SiC:stä erityisen hyvän valinnan akkukäyttöisiin laitteisiin, joissa energiatehokkuus on erittäin tärkeää.

SiC-MOSFETien etuna on myös se, että ne soveltuvat käytettäviksi laajalla lämpötila-alueella, koska niiden lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin piilaitteiden ja koska ne säilyttävät fyysiset ominaisuutensa äärimmäisissä lämpötiloissa. Tämän ansiosta ne soveltuvat sovelluksiin, kuten keskeytymättömiin virtalähteisiin (UPS), aurinkosähköinverttereihin ja sähköautojen latausasemiin.

Alhainen On-State-resistanssi

Piikarbidi-MOSFET:ien päälläolovastus on pienempi kuin SiIGBT:ien ja ne kestävät suurempaa virtaa. Ominaisuuksiensa ansiosta ne soveltuvat virtalähdesovelluksiin, kuten keskeytymättömiin virtalähteisiin (UPS), sähköajoneuvojen akkulatureihin ja aurinkosähköinverttereihin.

MOSFETeillä on useita keskeisiä etuja muihin laitetekniikoihin, kuten Si IGBT:iin, verrattuna inversiokanavan suunnittelun kannalta; tällä on epäsuora mutta suora vaikutus niiden korvaamien laitteiden Tc-arvoihin (lämpökerroin), sillä niiden on-tilan resistanssitasot ovat paljon alhaisemmat ja lämpökerroinarvot näin ollen paljon alhaisemmat kuin kilpailevilla laitteilla, mikä johtaa parempaan hyötysuhteeseen ja alhaisempiin järjestelmäkustannuksiin.

Piikarbidi-MOSFET:ien kynnyslämpötilat ovat myös alhaisemmat, koska porttioksidikerrokset eivät vaikuta negatiivisesti lämpötilaan, kuten SiIGBT:issä, mikä auttaa vähentämään laitteen johtumishäviöitä ja tilaresistanssia, mikä johtaa merkittäviin parannuksiin verrattuna perinteisiin piilaitteisiin.

SiC-MOSFETien suuremmat kytkentänopeudet mahdollistavat niiden toiminnan suuremmilla taajuuksilla, mikä parantaa merkittävästi tehon muuntamisen tehokkuutta ja pienentää induktiivisten ja kapasitiivisten komponenttien kokoa. Tämä on erityisen hyödyllistä kriittisissä teholähde-elektroniikkasovelluksissa, joissa lisääntynyt hyötysuhde ja pienemmät komponenttikoot auttavat alentamaan järjestelmäkustannuksia ja samalla parantamaan luotettavuutta.

Korkea lämmönjohtavuus

Piikarbidin lämmönjohtavuus on piitä parempi, minkä ansiosta se pystyy käsittelemään paljon suurempia tehotasoja alhaisemmissa lämpötiloissa ja samalla minimoimaan sekä kytkentähäviöt että lämmöntuotannon, mikä johtaa suurempaan energiatehokkuuteen ja pienempiin magneetteihin, joiden avulla suunnittelijat voivat edelleen vähentää järjestelmän painoa ja kokoa.

SiC-laitteissa on suuri sähkökentän läpilyöntivoima, minkä ansiosta ne kytkeytyvät nopeammin kuin piipohjaiset vastineensa, mikä lisää hyötysuhdetta ja vähentää haitallisia loisvaikutuksia, kuten Millerin kapasitanssia. Lisäksi SiC-laitteiden nopeammat kytkentänopeudet auttavat lieventämään ei-toivottuja loisvaikutuksia, kuten Millerin kapasitanssia.

Nämä edut ovat johtaneet moniin uusiin SiC MOSFET-sovelluksiin, erityisesti tehonmuuntojärjestelmissä, kuten sähköajoneuvojen latausjärjestelmissä, joissa niiden nopeat kytkentänopeudet auttavat lieventämään transientteja ja suojaamaan akkupakettia vaurioilta.

Tehokkaan laajakaistaisen puolijohteen valitseminen edellyttää jännitteen, virran ja lämpötilan mitoitusarvojen sekä kunkin laitteen porttiohjauspiirin huolellista harkintaa. Laitteen ominaisuuksien sovittaminen erityisiin vaatimuksiin on elintärkeää, jotta voidaan ehkäistä vaurioita tai vikoja ja samalla optimoida suorituskyky ja pitkäikäisyys. Laadukkailla lämpörajapintamateriaaleilla varustetut jäähdytysratkaisut mahdollistavat lisäksi sen, että saavutat tehojärjestelmästäsi mahdollisimman suuren suorituskyvyn ja luotettavuuden.