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如何將第三代 SiC MOSFET 應(yīng)用于電源設(shè)計(jì)以獲得更高的性能和效率

2512925 2022-11-24 | pdf | 402.05KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、A??C/DC 和 DC/DC 逆變器/轉(zhuǎn)換器、電池充電器和儲(chǔ)能系統(tǒng)等電源應(yīng)用一直在不斷追求更高效率、更小尺寸和更高性能。這些苛刻的性能要求已經(jīng)超越了硅 (Si) MOSFET 的能力，并催生了基于碳化硅 (SiC) 的新型晶體管架構(gòu)。工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、A??C/DC 和 DC/DC 逆變器/轉(zhuǎn)換器、電池充電器和儲(chǔ)能系統(tǒng)等電源應(yīng)用一直在不斷追求更高效率、更小尺寸和更高性能。這些苛刻的性能要求已經(jīng)超越了硅 (Si) MOSFET 的能力，并催生了基于碳化硅 (SiC) 的新型晶體管架構(gòu)。雖然這些較新的設(shè)備在關(guān)鍵性能指標(biāo)方面提供了顯著優(yōu)勢(shì)，但由于各種限制和應(yīng)用不確定性，設(shè)計(jì)人員明智地對(duì)第一代 SiC 設(shè)備保持警惕。第二代設(shè)備帶來了改進(jìn)的規(guī)格以及對(duì)設(shè)備微妙之處的更好理解。隨著 SiC MOSFET 性能的提高和上市時(shí)間壓力的加劇，設(shè)計(jì)人員使用這些更新的器件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目標(biāo)。最近，第三代設(shè)備展示了基于 SiC 的功率器件的成熟度。這些設(shè)備為用戶提供了跨關(guān)鍵參數(shù)的改進(jìn)，同時(shí)還建立在前幾代的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上。雖然這些較新的設(shè)備在關(guān)鍵性能指標(biāo)方面提供了顯著優(yōu)勢(shì)，但由于各種限制和應(yīng)用不確定性，設(shè)計(jì)人員明智地對(duì)第一代 SiC 設(shè)備保持警惕。第二代設(shè)備帶來了改進(jìn)的規(guī)格以及對(duì)設(shè)備微妙之處的更好理解。隨著 SiC MOSFET 性能的提高和上市時(shí)間壓力的加劇，設(shè)計(jì)人員使用這些更新的器件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目標(biāo)。最近，第三代設(shè)備展示了基于 SiC 的功率器件的成熟度。這些設(shè)備為用戶提供了跨關(guān)鍵參數(shù)的改進(jìn)，同時(shí)還建立在前幾代的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上。在討論第三代 SiC MOSFET 的開發(fā)和遷移之前，本文將 Si 與 SiC 進(jìn)行了比較。然后介紹了在討論第三代 SiC MOSFET 的開發(fā)和遷移之前，本文將 Si 與 SiC 進(jìn)行了比較。然后介紹了東芝半導(dǎo)體和存儲(chǔ)公司東芝半導(dǎo)體和存儲(chǔ)公司?（東芝）的真實(shí)示例，以展示這些設(shè)備如何幫助設(shè)計(jì)人員在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面取得重大進(jìn)步。?（東芝）的真實(shí)示例，以展示這些設(shè)備如何幫助設(shè)計(jì)人員在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面取得重大進(jìn)步。硅與 SiC硅與 SiC在過去的幾十年里，硅基 MOSFET 改變了從基本電源和逆變器到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)（一種功能相似但結(jié)構(gòu)和屬性截然不同的半導(dǎo)體）一起，經(jīng)過開關(guān)優(yōu)化的 Si MOSFET 實(shí)現(xiàn)了從基于線性拓?fù)涞膫鹘y(tǒng)低效功率轉(zhuǎn)換和管理向效率更高的轉(zhuǎn)變使用開關(guān)控制的緊湊方法。在過去的幾十年里，硅基 MOSFET 改變了從基本電源和逆變器到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)（一種功能相似但結(jié)構(gòu)和屬性截然不同的半導(dǎo)體）一起，經(jīng)過開關(guān)優(yōu)化的 Si MOSFET 實(shí)現(xiàn)了從基于線性拓?fù)涞膫鹘y(tǒng)低效功率轉(zhuǎn)換和管理向效率更高的轉(zhuǎn)變使用開關(guān)控制的緊湊方法。這些設(shè)計(jì)中的大多數(shù)都使用一種脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 的形式，以在閉環(huán)反饋布置中提供和維持所需的電壓、電流或功率值。隨著硅 MOSFET 使用的增長(zhǎng)，對(duì)它們的要求也隨之增加。此外，新的效率目標(biāo)（許多基于監(jiān)管要求）、電動(dòng)汽車市場(chǎng)和更智能的電機(jī)控制、可再生能源的功率轉(zhuǎn)換和相關(guān)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，都推動(dòng)這些 MOSFET 做得更多更好。這些設(shè)計(jì)中的大多數(shù)都使用一種脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 的形式，以在閉環(huán)反饋布置中提供和維持所需的電壓、電流或功率值。隨著硅 MOSFET 使用的增長(zhǎng)，對(duì)它們的要求也隨之增加。此外，新的效率目標(biāo)（許多基于監(jiān)管要求）、電動(dòng)汽車市場(chǎng)和更智能的電機(jī)控制、可再生能源的功率轉(zhuǎn)換和相關(guān)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，都推動(dòng)這些 MOSFET 做得更多更好。因此，大量的研發(fā)工作提高了硅基 MOSFET 的性能，但研究人員意識(shí)到這種努力正在達(dá)到收益遞減點(diǎn)。幸運(yùn)的是，他們?cè)诶碚撋嫌幸粋€(gè)替代方案，該替代方案基于使用 SiC 作為基板而不是單獨(dú)使用硅的功率開關(guān)設(shè)備。因此，大量的研發(fā)工作提高了硅基 MOSFET 的性能，但研究人員意識(shí)到這種努力正在達(dá)到收益遞減點(diǎn)。幸運(yùn)的是，他們?cè)诶碚撋嫌幸粋€(gè)替代方案，該替代方案基于使用 SiC 作為基板而不是單獨(dú)使用硅的功率開關(guān)設(shè)備。為什么要使用碳化硅？為什么要使用碳化硅？