I mosfet al carburo di silicio (MOSFET) sono un componente sempre pi\u00f9 diffuso nei progetti di elettronica di potenza. Questi semiconduttori di potenza ad ampio band gap vantano molti vantaggi rispetto ai dispositivi al silicio, tra cui la riduzione delle perdite di commutazione e la diminuzione della dissipazione di calore.<\/p>\n
Queste caratteristiche eccezionali rendono questi convertitori di frequenza ideali per le applicazioni ad alta temperatura, come le stazioni di ricarica dei veicoli elettrici, i sistemi di energia rinnovabile, le unit\u00e0 UPS e gli azionamenti dei motori. Continuate a leggere per scoprire altri vantaggi eccezionali.<\/p>\n
I MOSFET in carburo di silicio presentano un campo elettrico di breakdown di un ordine di grandezza superiore rispetto ai dispositivi tradizionali in silicio, consentendo loro di funzionare a temperature pi\u00f9 elevate e di raggiungere livelli di potenza di commutazione maggiori con perdite di conduzione e di commutazione ridotte. La loro tensione di breakdown pi\u00f9 elevata consente anche strati di blocco pi\u00f9 sottili e altamente drogati, con un aumento dei portatori maggioritari per una minore resistenza specifica di accensione (Ron,sp).<\/p>\n
I mosfet al carburo di silicio sono caratterizzati da elevate tensioni di breakdown che consentono loro di funzionare a temperature molto pi\u00f9 elevate rispetto ai dispositivi al silicio standard senza aumentare la corrente di dispersione o danneggiare l'ossido di gate, contribuendo a ridurre la perdita di potenza e migliorando l'affidabilit\u00e0 in condizioni operative difficili. Ci\u00f2 comporta una riduzione della perdita di potenza complessiva e una maggiore affidabilit\u00e0 in condizioni operative difficili.<\/p>\n
Il carburo di silicio si distingue per l'eccezionale resistenza chimica e all'usura, che lo rende perfetto per applicazioni come gli alimentatori ad alta temperatura e i convertitori di tensione, dove le condizioni ambientali difficili potrebbero potenzialmente causare danni da corrosione al dispositivo.<\/p>\n
Le prestazioni termiche superiori del carburo di silicio consentono frequenze operative pi\u00f9 elevate che aumentano la densit\u00e0 di potenza e l'efficienza per applicazioni quali azionamenti di motori industriali, gruppi di continuit\u00e0, sistemi di energia rinnovabile, stazioni di ricarica per veicoli elettrici e centri dati IT: questi vantaggi fanno di questa tecnologia una svolta nel settore dell'elettronica di potenza.<\/p>\n
Il carburo di silicio \u00e8 un materiale semiconduttore, ovvero la sua struttura contiene atomi di silicio e carbonio. Con un punto di fusione di 2800 gradi centigradi e propriet\u00e0 chimiche che lo rendono radiologicamente inerte, questa sostanza vanta eccezionali qualit\u00e0 di resistenza alle radiazioni.<\/p>\n
I prodotti discreti CoolSiC di WeEn sono perfettamente adatti alle topologie di commutazione dure e risonanti, come LLC e ZVS, e possono essere pilotati con driver standard come gli IGBT o i CoolMOSTM C7. I loro robusti progetti sono caratterizzati da un design a trincea all'avanguardia per migliorare l'affidabilit\u00e0 dell'ossido di gate e da perdite di commutazione e conduzione ai vertici della categoria con Vth = 4 V, che conferiscono a questi dispositivi un netto vantaggio rispetto alle tecnologie tradizionali al silicio, garantendo agli utenti la massima efficienza e affidabilit\u00e0 nel tempo.<\/p>\n
Il carburo di silicio pu\u00f2 non essere familiare, ma svolge un ruolo fondamentale nei dispositivi a semiconduttore. Prodotto ad alte temperature a partire da biossido di silicio e carbonio, il carburo di silicio viene utilizzato per produrre i grezzi necessari per componenti elettronici come diodi e MOSFET.<\/p>\n
Gli azionamenti dei motori industriali, gli inverter\/convertitori CA\/CC, i gruppi di continuit\u00e0 e i sistemi solari fotovoltaici (PV) pongono requisiti elevati alle prestazioni dei transistor al silicio standard. Per questo motivo, sono emerse nuove architetture di transistor che offrono una maggiore efficienza energetica, un consumo energetico ridotto e un costo totale di propriet\u00e0 inferiore per tutta la durata dei sistemi di alimentazione.<\/p>\n
I MOSFET SiC di potenza condividono la stessa struttura di base dei tradizionali transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido metallico (MOSFET), con tre terminali: sorgente di alimentazione, drain e gate collegati tramite gate di controllo a un circuito di controllo esterno. Inoltre, questi MOSFET hanno una maggiore resistenza alla rottura della tensione che consente loro di sopportare tensioni transitorie pi\u00f9 elevate senza declassamento, rendendoli adatti a sistemi che utilizzano carichi capacitivi o gruppi di continuit\u00e0.<\/p>\n
I MOSFET SiC offrono all'elettronica di potenza un vantaggio significativo in termini di efficienza rispetto ai dispositivi basati sul silicio, grazie a una combinazione di fattori, tra cui velocit\u00e0 di commutazione pi\u00f9 elevate e minore capacit\u00e0 parassita. Una frequenza di commutazione pi\u00f9 elevata consente di commutare una maggiore quantit\u00e0 di corrente in un periodo allocato, il che significa che \u00e8 possibile utilizzare componenti induttivi e capacitivi pi\u00f9 piccoli.<\/p>\n
Il bandgap pi\u00f9 ampio del carburo di silicio consente il passaggio di una maggiore quantit\u00e0 di corrente a una determinata temperatura, migliorando cos\u00ec l'efficienza grazie alla riduzione delle perdite di potenza e all'aumento dell'efficienza. Inoltre, la loro minore resistenza on-state rispetto ai MOSFET di potenza al silicio consente velocit\u00e0 di commutazione pi\u00f9 elevate senza aumentare le perdite di potenza.<\/p>\n
Anche l'affidabilit\u00e0 ha registrato notevoli miglioramenti da quando sono stati introdotti i MOSFET SiC di prima generazione di Toshiba. Uno dei problemi principali dei dispositivi originali era che all'accensione il diodo PN si eccitava, provocando variazioni nella resistenza di accensione che degradavano l'affidabilit\u00e0 del dispositivo. I dispositivi Toshiba di seconda generazione risolvono questo problema includendo un diodo a barriera Schottky (SBD) che ne impedisce l'attivazione all'accensione, con conseguenti variazioni della resistenza di accensione che degradano l'affidabilit\u00e0 del dispositivo.<\/p>\n
I mosfet al carburo di silicio offrono ai progettisti di circuiti diversi vantaggi rispetto ai tradizionali mosfet a transistor di silicio, grazie alla loro minore resistenza di accensione. Ci\u00f2 consente di ottenere frequenze di commutazione pi\u00f9 elevate a parit\u00e0 di corrente, con conseguente aumento dell'efficienza che si traduce in componenti pi\u00f9 piccoli e perdite complessive inferiori. Inoltre, questi mosfet SiC funzionano in un intervallo di temperatura pi\u00f9 ampio, riducendo ulteriormente le perdite totali del sistema e aumentando contemporaneamente la densit\u00e0 di potenza e l'efficienza della conversione energetica.<\/p>\n
La tensione critica di breakdown del carburo di silicio \u00e8 oltre 10 volte superiore a quella del silicio, creando strati di deriva pi\u00f9 sottili e una regione di deplezione pi\u00f9 piccola. Inoltre, grazie alle sue caratteristiche di bandgap pi\u00f9 ampie, gli elettroni si muovono pi\u00f9 liberamente tra i terminali di drain e source, con conseguente riduzione della resistenza di stato.<\/p>\n
La maggiore mobilit\u00e0 degli elettroni del carburo di silicio rispetto al silicio consente il passaggio di un maggior numero di elettroni attraverso ogni attivazione del gate, portando a valori di resistenza di accensione molto pi\u00f9 bassi, che possono persino raggiungere meno di un milliohm alla massima temperatura operativa.<\/p>\n
UnitedSiC (ora Qorvo) ha recentemente presentato il FET SiC con la pi\u00f9 bassa resistenza di accensione del settore: 750V\/6m in un pacchetto discreto standard, ovvero la met\u00e0 di quello del suo concorrente pi\u00f9 vicino! Questo livello di resistenza di accensione consente di ridurre in modo significativo le applicazioni ad alta tensione che in genere richiedono IGBT o MOSFET di potenza standard, senza dover sostenere costi aggiuntivi.<\/p>\n
Tuttavia, occorre ricordare che la resistenza di accensione di qualsiasi dispositivo di potenza dipende da molte variabili, tra cui l'area della superficie del die e la percentuale di aree inattive, come le regioni di terminazione intorno ai bordi o le piazzole di contatto del gate.<\/p>\n
I MOSFET SiC che utilizzano driver IGBT richiedono in genere 15-18 V per una resistenza di accensione ottimale; tuttavia, sono possibili anche driver a tensione inferiore per ridurre ulteriormente i livelli di resistenza di accensione.<\/p>\n
La combinazione di caratteristiche prestazionali chiave del carburo di silicio lo rende un materiale ideale per le applicazioni di potenza ad alta tensione, comprese le topologie di commutazione dura nei convertitori LLC e ZVS, gli inverter per veicoli elettrici, gli alimentatori industriali e la protezione dei circuiti, la generazione di energia rinnovabile e le applicazioni di potenza dei centri dati. Wolfspeed offre un'ampia gamma di dispositivi di potenza al carburo di silicio da 1000 V ottimizzati per la commutazione rapida con la massima efficienza, perfetti per le applicazioni che richiedono una bassa resistenza di accensione, una bassissima capacit\u00e0 di uscita e una bassa induttanza di sorgente per fornire l'equilibrio ottimale dei rapporti perdita di potenza\/perdita di conduzione.<\/p>\n
I MOSFET in carburo di silicio sono tipicamente caratterizzati da frequenze di commutazione pi\u00f9 elevate rispetto alle loro controparti in silicio, grazie alla riduzione della resistenza di accensione e delle perdite di commutazione, alla maggiore mobilit\u00e0 degli elettroni (che consente agli elettroni di attraversare pi\u00f9 rapidamente il loro canale) e all'utilizzo di componenti induttivi\/capacitivi pi\u00f9 piccoli, con conseguente riduzione delle dimensioni e dei costi del sistema.<\/p>\n
Il SiC \u00e8 noto anche per avere un bandgap pi\u00f9 ampio, che rende la regione di deplezione pi\u00f9 sottile, semplificando il movimento degli elettroni tra i terminali di gate e source, riducendo ulteriormente la resistenza di accensione e aumentando la capacit\u00e0 di blocco della tensione, rendendo i MOSFET in SiC adatti alle applicazioni di potenza ad alta tensione.<\/p>\n
I MOSFET al carburo di silicio offrono molti vantaggi che li rendono adatti ad applicazioni industriali e di elettronica di potenza. Possono sostituire i transistor al silicio nei convertitori di potenza e negli inverter per aumentare l'efficienza e la densit\u00e0 di potenza ed essere utilizzati come componenti di alimentazione in applicazioni come i veicoli elettrici (EV) o i sistemi di energia rinnovabile.<\/p>\n
La minore resistenza di accensione dei MOSFET SiC pu\u00f2 estendere la loro vita operativa creando una finestra di commutazione pi\u00f9 ampia e riducendo cos\u00ec il rischio di runaway termico. Tuttavia, i progettisti devono ricordare che la dissipazione di potenza dei MOSFET SiC aumenta con la temperatura; \u00e8 quindi necessario ottimizzare il tempo morto e le regioni di dissipazione di potenza per ottenere le massime prestazioni.<\/p>\n
L'elevata frequenza di commutazione dei MOSFET SiC li rende particolarmente sensibili ai parametri parassiti presenti nel loro pacchetto, come l'induttanza e la capacit\u00e0 parassite che causano sovratensioni ai loro terminali. Per combattere questo problema, i progettisti possono utilizzare tecniche tecnologiche wire-bondless che riducono al minimo questi componenti induttivi.<\/p>\n
I MOSFET SiC sono caratterizzati da frequenze di commutazione pi\u00f9 elevate che consentono di ridurre i componenti passivi negli alimentatori per migliorare l'affidabilit\u00e0 del sistema e ridurre i costi della soluzione, il che \u00e8 particolarmente vantaggioso in applicazioni ad alta potenza come gli inverter per veicoli elettrici e i sistemi di energia eolica e solare.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide mosfets (MOSFETs) are an increasingly prevalent component in power electronic designs. These wide band gap power semiconductors boast many advantages over silicon devices, including reduced switching losses and decreased heat dissipation. These exceptional characteristics make these drives ideal for high-temperature applications such as electric vehicle charging stations, renewable energy systems, UPS units and […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-425","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/425","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=425"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/425\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":426,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/425\/revisions\/426"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=425"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=425"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=425"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}