Piikarbidimosfettien edut

Piikarbidimosfetit (MOSFETit) ovat yhä yleisempi komponentti tehoelektroniikan suunnittelussa. Näillä laajakaistaisilla tehopuolijohteilla on monia etuja piilaitteisiin verrattuna, kuten pienemmät kytkentähäviöt ja pienempi lämmöntuotto.

Näiden poikkeuksellisten ominaisuuksien ansiosta taajuusmuuttajat soveltuvat erinomaisesti korkean lämpötilan sovelluksiin, kuten sähköajoneuvojen latausasemiin, uusiutuvan energian järjestelmiin, UPS-yksiköihin ja moottorikäyttöön. Lue lisää näistä erinomaisista eduista.

Korkea katkaisujännite

Piikarbidi-MOSFET:ien läpilyöntisähkökenttä on kertaluokkaa suurempi kuin perinteisten piilaitteiden, minkä ansiosta ne voivat toimia korkeammissa lämpötiloissa ja saavuttaa suurempia kytkentätehotasoja pienemmillä johtumis- ja kytkentähäviöillä. Niiden korkeampi läpilyöntijännite mahdollistaa myös ohuemmat ja voimakkaammin seostetut estokerrokset, joissa on enemmän enemmistökantajia, mikä pienentää spesifistä kytkentävastusta (Ron,sp).

Piikarbidimosfeteilla on korkeat läpilyöntijännitteet, joiden ansiosta ne voivat toimia paljon korkeammissa lämpötiloissa kuin tavalliset piilaitteet ilman, että vuotovirta kasvaa tai porttioksidi vahingoittuu, mikä auttaa vähentämään tehohäviöitä ja parantaa samalla luotettavuutta ankarissa käyttöolosuhteissa. Tämä johtaa pienempään kokonaistehohäviöön sekä parempaan luotettavuuteen vaikeissa käyttöolosuhteissa.

Piikarbidi on erinomainen kemiallinen kestävyys ja kulutuskestävyys, minkä vuoksi se sopii erinomaisesti sovelluksiin, kuten korkean lämpötilan virtalähteisiin ja jännitemuuntimiin, joissa ankarat ympäristöolosuhteet voivat mahdollisesti aiheuttaa korroosiovaurioita laitteelle.

Piikarbidin ylivoimainen terminen suorituskyky mahdollistaa korkeammat toimintataajuudet, jotka lisäävät tehotiheyttä ja tehokkuutta sovelluksissa, kuten teollisuusmoottorikäytöissä, keskeytymättömissä virtalähteissä, uusiutuvien energialähteiden järjestelmissä, sähköajoneuvojen latausasemissa ja tietotekniikan datakeskuksissa - nämä hyödyt tekevät tästä teknologiasta käänteentekevän tekijän tehoelektroniikkateollisuudessa.

Piikarbidi on puolijohdemateriaali, mikä tarkoittaa, että sen rakenne sisältää pii- ja hiiliatomeja. Tämän aineen sulamispiste on 2800 astetta C, ja se on kemiallisesti inertti, mikä tekee siitä säteilyn kannalta inertin, joten sillä on erinomaiset säteilynkestävyysominaisuudet.

WeEnin erilliset CoolSiC-tuotteet soveltuvat täydellisesti koviin ja resonanssikytkentätopologioihin, kuten LLC ja ZVS, ja niitä voidaan ohjata tavallisilla ohjaimilla kuten IGBT:tä tai CoolMOSTM C7:ää. Niiden vankoissa rakenteissa on uusinta tekniikkaa edustavat juoksuhautarakenteet, jotka parantavat porttioksidien luotettavuutta, sekä luokkansa parhaat kytkentä- ja johtumishäviöt Vth = 4 V:n jännitteellä, mikä antaa näille laitteille selkeän edun perinteisiin piiteknologioihin verrattuna ja tarjoaa käyttäjille maksimaalisen hyötysuhteen ja elinikäisen luotettavuuden.

Korkea hyötysuhde

Piikarbidi ei ehkä ole tuttu, mutta sillä on tärkeä rooli puolijohdekomponenteissa. Piikarbidia valmistetaan korkeissa lämpötiloissa piidioksidista ja hiilestä, ja sitä käytetään elektronisten komponenttien, kuten diodien ja MOSFETien, tarvitsemien aihioiden valmistukseen.

Teollisuuden moottorikäytöt, AC/DC-taajuusmuuttajat, keskeytymättömät virtalähteet ja aurinkosähköjärjestelmät asettavat tavallisten piitransistorien suorituskyvylle suuria vaatimuksia. Tämän vuoksi on kehitetty uudempia transistoriarkkitehtuureja, jotka tarjoavat paremman energiatehokkuuden, pienemmän energiankulutuksen ja alhaisemmat kokonaiskustannukset tehojärjestelmien elinkaaren aikana.

Teho-SiC-MOSFETeillä on sama perusrakenne kuin perinteisillä metallioksidipuolijohdekenttätransistoreilla (MOSFETeillä), joissa on kolme liitäntää: virtalähde, tyhjennys ja portti, jotka on liitetty ohjausportin kautta ulkopuoliseen ohjauspiiriin. Lisäksi näillä MOSFETeillä on korkeammat jännitteen läpilyöntikestävyydet, joiden ansiosta ne kestävät suurempia transienttijännitteitä ilman luokituksen alentamista, joten ne soveltuvat järjestelmiin, joissa käytetään kapasitiivisia kuormia tai keskeytymättömiä virtalähteitä.

SiC MOSFETit tuovat tehoelektroniikalle merkittävän hyötysuhde-edun piipohjaisiin laitteisiin verrattuna, mikä johtuu useista tekijöistä, kuten nopeammista kytkentänopeuksista ja pienemmästä loiskapasitanssista. Korkeampi kytkentätaajuus mahdollistaa suuremman virran kytkemisen varatussa ajassa, mikä tarkoittaa, että voidaan käyttää pienempiä induktiivisia ja kapasitiivisia komponentteja.

Piikarbidin laajemman kaistanleveyden ansiosta suurempi virta kulkee tietyn lämpötilan läpi, mikä parantaa hyötysuhdetta pienentämällä tehohäviöitä ja lisäämällä hyötysuhdetta. Lisäksi niiden pienempi kytkentävastus verrattuna piitehomOSFETeihin mahdollistaa nopeammat kytkentänopeudet ilman, että tehohäviöt kasvavat.

Myös luotettavuus on parantunut huomattavasti sen jälkeen, kun Toshiban ensimmäisen sukupolven SiC-MOSFETit otettiin käyttöön. Alkuperäisten laitteiden keskeinen ongelma oli, että kun niitä käynnistettiin, niiden PN-diodi kytkeytyi päälle, mikä johti vastuksen muutoksiin, jotka heikensivät laitteen luotettavuutta. Toshiban toisen sukupolven laitteissa tämä ongelma on ratkaistu sisällyttämällä niihin Schottky-estodiodi (SBD), joka estää sen aktivoitumisen, kun laite kytketään päälle ja vastuksen muutokset voivat aiheuttaa muutoksia, jotka heikentävät laitteen luotettavuutta.

Alhaisempi On-vastus

Piikarbidimosfetit tarjoavat piirisuunnittelijoille useita etuja perinteisiin piitransistorimosfetteihin verrattuna, koska niiden kytkentävastus on pienempi. Tämä mahdollistaa korkeammat kytkentätaajuudet samalla virralla, mikä lisää tehokkuutta, mikä johtaa pienempiin komponentteihin ja pienempiin kokonaishäviöihin. Lisäksi nämä SiC-mosfetit toimivat laajemmalla lämpötila-alueella, mikä vähentää järjestelmän kokonaishäviöitä entisestään ja lisää samalla tehotiheyttä ja energiamuunnoksen tehokkuutta.

Piikarbidin kriittinen läpilyöntijännite on yli 10 kertaa suurempi kuin piillä, mikä johtaa ohuempiin drift-kerroksiin ja pienempään tyhjenemisalueeseen. Lisäksi sen laajemman kaistanleveyden ansiosta elektronit liikkuvat vapaammin tyhjennys- ja lähdeterminaalien välillä, mikä johtaa pienempään päälläolovastukseen.

Piikarbidin suurempi elektroniliikkuvuus piihin verrattuna mahdollistaa sen, että jokaisen porttiaktivoinnin läpi kulkee enemmän elektroneja, mikä johtaa paljon pienempiin kytkentävastusarvoihin, jotka voivat olla jopa alle yksi milliohmi korkeimmassa käyttölämpötilassa.

UnitedSiC (nykyisin Qorvo) esitteli hiljattain alan pienimmän kytkentävastuksen SiC-FET:n: 750V/6m standardipaketissa - mikä on puolet vähemmän kuin lähimmän kilpailijansa! Tämä on-resistanssin taso mahdollistaa korkeajännitesovellusten, jotka tavallisesti vaativat IGBT:tä tai tavallisia teho-MOSFET:iä, huomattavan pienentämisen ilman lisäkustannuksia.

On kuitenkin muistettava, että minkä tahansa teholaitteen on-resistanssi riippuu monista muuttujista, kuten muotin pinta-alasta ja inaktiivisten alueiden prosentuaalisesta osuudesta, kuten reunojen tai porttityynyjen ympärillä olevista terminointialueista - tämä voi vääristää laskelmia, jos näitä parametreja ei oteta huomioon.

IGBT-ajureita käyttävät SiC MOSFETit vaativat tyypillisesti 15-18 V optimaalisen kytkentävastuksen saavuttamiseksi; pienemmät jänniteajurit ovat kuitenkin myös mahdollisia kytkentävastustason pienentämiseksi entisestään.

Piikarbidin keskeisten suorituskykyominaisuuksien yhdistelmä tekee siitä ihanteellisen materiaalin korkeajännitteisiin tehosovelluksiin, kuten LLC- ja ZVS-muuntimien kovakytkentätopologioihin, sähköajoneuvojen inverttereihin, teollisuuden teholähteisiin ja piirien suojaukseen, uusiutuvan energian tuotantoon ja datakeskusten tehosovelluksiin. Wolfspeed tarjoaa laajan valikoiman 1000 V:n piikarbiditeholaitteita, jotka on optimoitu nopeaan kytkentään maksimaalisella hyötysuhteella ja jotka sopivat erinomaisesti sovelluksiin, joissa vaaditaan pientä vastusta, erittäin pientä lähtökapasitanssia ja pientä lähdeinduktanssia, jotta tehohäviö- ja johtohäviösuhteet saadaan optimaaliseen tasapainoon.

Korkeampi kytkentätaajuus

Piikarbidi-MOSFET:ien kytkentätaajuudet ovat tyypillisesti korkeammat kuin piistä valmistettujen vastaaviensa, mikä johtuu pienemmästä kytkentävastuksesta ja kytkentähäviöistä, suuremmasta elektroniliikkuvuudesta (jonka ansiosta elektronit kulkevat kanavan läpi nopeammin) ja pienemmistä induktiivisista/kapasitiivisista komponenteista, mikä pienentää järjestelmän kokoa ja kustannuksia.

SiC:n tiedetään myös olevan laajempi kaistanleveys, mikä mahdollistaa ohuemman tyhjentymisalueen, mikä tekee elektronien liikkumisesta portti- ja lähdeterminaalien välillä yksinkertaisempaa, pienentää entisestään on-resistanssia ja lisää jännitteen estokykyä, mikä tekee SiC MOSFET:istä sopivia korkeajännitteisiin tehosovelluksiin.

Piikarbidi-MOSFET:ien monet edut tekevät niistä sopivia teollisuuden ja tehoelektroniikan sovelluksiin. Niillä voidaan korvata piitransistorit tehomuuntimissa ja inverttereissä tehokkuuden ja tehotiheyden lisäämiseksi, ja niitä voidaan käyttää virtalähdekomponentteina esimerkiksi sähköajoneuvoissa (EV) tai uusiutuvan energian järjestelmissä.

SiC-MOSFETien pienempi kytkentävastus voi pidentää niiden käyttöikää luomalla suuremman kytkentäikkunan ja vähentämällä siten lämpökatkon riskiä. Suunnittelijoiden on kuitenkin muistettava, että SiC MOSFETin tehohäviö kasvaa lämpötilan myötä; optimoida kuollut aika ja tehohäviöalueet maksimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

SiC-MOSFETien korkea kytkentätaajuus tekee niistä erityisen herkkiä niiden laitekotelon loisparametreille, kuten harhailevalle induktanssille ja kapasitanssille, jotka aiheuttavat ylijännitettä niiden liittimissä. Tämän ongelman torjumiseksi suunnittelijat voivat käyttää langattomia tekniikoita, jotka minimoivat nämä induktiiviset komponentit.

SiC MOSFETeillä on korkeammat kytkentätaajuudet, jotka mahdollistavat virtalähteiden pienemmät passiiviset komponentit, mikä parantaa järjestelmän luotettavuutta ja alentaa ratkaisukustannuksia, mikä on erityisen hyödyllistä suuritehoisissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvojen vaihtosuuntaajissa sekä tuuli- ja aurinkoenergiajärjestelmissä.