碳化硅mosfet规划特色-利用上风与Si MOSFET对照阐发-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2020-04-21
在碳化硅mosfet的开辟与利用方面，与不异功率品级的Si MOSFET比拟，SiC MOSFET导通电阻、开关消耗大幅降落，合用于更高的任务频次，另因为其低温任务特色，大大进步了低温不变性。
碳化硅mosfet（SiC MOSFET）N+源区和P井搀杂都是接纳离子注入的体例，在1700℃温度中停止退火激活。另外一个关头的工艺是碳化硅MOS栅氧化物的组成。因为碳化硅资料中同时有Si和C两种原子存在，须要很是出格的栅介质发展体例。其沟槽星规划的上风以下：
碳化硅mosfet接纳沟槽规划可最大限定地阐扬SiC的特色。
碳化硅mosfet的上风在那里？硅IGBT在普通环境下只能任务在20kHz以下的频次。因为遭到资料的限定，高压高频的硅器件没法完成。碳化硅MOSFET不只合适于从600V到10kV的普遍电压规模，同时具备单极型器件的出色开关机能。比拟于硅IGBT，碳化硅MOSFET在开关电路中不存在电流拖尾的环境具备更低的开关消耗和更高的任务频次。
20kHz的碳化硅MOSFET模块的消耗能够比3kHz的硅IGBT模块低一半， 50A的碳化硅模块就能够替代150A的硅模块。显现了碳化硅MOSFET在任务频次和效力上的庞大上风。
碳化硅MOSFET寄生体二极管具备极小的反向规复时辰trr和反向规复电荷Qrr。如图所示，统一额定电流900V的器件，碳化硅MOSFET 寄生二极管反向电荷只要划一电压规格硅基MOSFET的5%。对桥式电路来讲（出格当LLC变更器任务在高于谐振频次的时辰），这个方针很是关头，它能够减小死区时辰和体二极管的反向规复带来的消耗和乐音，便于进步开关任务频次。
碳化硅mosfet模块在光伏、风电、电动汽车及轨道交通等中高功率电力体系利用上具备庞大的上风。碳化硅器件的高压高频和高效力的上风，能够冲破现有电动汽车机电设想上因器件机能而遭到的限定，这是今朝国际外电动汽车机电范畴研发的重点。如电装和丰田协作开辟的夹杂电动汽车（HEV）、纯电动汽车（EV）内功率节制单位（PCU），利用碳化硅MOSFET模块，体积比减小到1/5。
三菱开辟的EV马达驱动体系，利用SiC MOSFET模块，功率驱动模块集成到了机电内，完成了一体化和小型化方针。估计在2018年-2020年碳化硅MOSFET模块将普遍利用在国际外的电动汽车上。
SiC-MOSFET 是碳化硅电力电子器件研讨中最受存眷的器件。功效比拟凸起的便是美国的Cree公司和日本的ROHM公司。
在Si资料已靠近现实机能极限的明天，SiC功率器件因其高耐压、低消耗、高效力等特色，一向被视为“抱负器件”而备受等候。但是，绝对以往的Si材质器件，SiC功率器件在机能与本钱间的均衡和其对高工艺的须要，将成为SiC功率器件可否真正进步的关头。
SiC资料与今朝应当普遍的Si资料比拟，较高的热导率决议了其高电流密度的特色，较高的禁带宽度又决议了SiC器件的高击穿场强和高任务温度。其长处首要能够归纳综合为以下几点：
1) 低温任务
SiC在物理特色上具有高度不变的晶体规划，其能带宽度可达2.2eV至3.3eV，几近是Si资料的两倍以上。是以，SiC所能蒙受的温度更高，普通而言，SiC器件所能到达的最大任务温度可到600 oC。
2) 高阻断电压
与Si资料比拟，SiC的击穿场强是Si的十倍多，是以SiC器件的阻断电压比Si器件高良多。
3) 低消耗
普通而言，半导体器件的导通消耗与其击穿场强成正比，故在类似的功率品级下，SiC器件的导通消耗比Si器件小良多。且SiC器件导通消耗对温度的依存度很小，SiC器件的导通消耗 随温度的变更很小，这与传统的Si器件也有很大不同。
4) 开关速率快
SiC的热导系数几近是Si资料的2.5倍，饱和电子漂移率是Si的2倍，以是SiC器件能在更高的频次下任务。
综合以上长处，在不异的功率品级下，装备中功率器件的数目、散热器的体积、滤波元件体积都能大大减小，同时效力也有大幅度的晋升。
在碳化硅mosfet的开辟与利用方面，与不异功率品级的Si MOSFET比拟，SiC MOSFET导通电阻、开关消耗大幅降落，合用于更高的任务频次，另因为其低温任务特色，大大进步了低温不变性。
1、碳化硅(SiC)MOSFET 建模
固然碳化硅mosfet比传统的Si MOSFET有良多长处，但其高贵的价钱却限定了SiC MOSFET的普遍利用。最近几年来跟着SiC手艺的成熟，SiC MOSFET的价钱已有了明显的降落，利用规模也进一步扩大，在未几的未来必将成为新一代支流的低消耗功率器件。 在现实的工程利用及设想开辟进程中，常常须要对SiC MOSFET的开关特色、静态特色及功率消耗停止阐发，以便对全部体系的效力做有用的评价。是以，有须要成立一个切确的SiC MOSFET模子作为工程利用中体系阐发和效力评价的根本。
2、碳化硅mosfet的驱动
因为SiC MOSFET器件特色与传统的Si MOSFET有较大不同，SiC MOSFET驱动电路也是一项研讨的重点。比拟于Si MOSFET，SiC MOSFET的寄生电容更小。
综上所述，连系SiC MOSFET自身的特色及上风，其驱动电路的设想应知足以下请求：
1) 知足SiC MOSFET高速开关的请求，利用驱动才能较强的驱动芯片。
2) 尽能够减小驱动电路寄生电感的影响，在PCB规划时应插手适当的接收电容。
3) 为保障SiC MOSFET的靠得住关断，防止噪声搅扰能够致使的误守旧，应接纳负压关断。
3、双有源桥(DAB)研讨及利用
双有源桥(DAB)作为大功率断绝双向DC-DC变更器的一种，其拓扑最早由DeDoncker于1988年提出DAB首要利用于HEV中蓄电池侧与高压直流母线之间的双向能量传输、航空电源体系及新动力体系中，与其余大功率断绝双向DC-DC变更器比拟，DAB的最大上风是其功率密度大，且体积分量绝对较小。
DAB规划对称，双方各由全桥规划的拓扑组成，可完成能量的双向传输，且能完成两侧的电气断绝。开关管应力较低，且不额定的滤波电感，仅经由过程变压器的漏感作为能量传输单位，变更器可完成很高的功率密度。电流纹波不是很大，对输出输出侧的滤波电容的请求不是很高。DAB在必然功率规模内能够完成ZVS软开关，如许DAB的任务频次就能够设置得较高，可进一步减小变压器和滤波电容的体积，进步功率密度。
传统的DAB普通接纳移相节制，此中φ为移相角，变压器原副边匝比设为n。当功率从VL流向VH时，开关管Q1、Q4超前Q5、Q8；当功率从VH流向VL时，开关管Q5、Q8超前Q1、Q4。但传统节制战略下的DAB有诸多题目，比方软开关规模窄、轻载时功率回流景象严峻、电压输出规模窄等。
接洽体例：邹师长教师
接洽德律风：0755-83888366-8022
手机：18123972950
QQ：2880195519
接洽地点：深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1
请搜微信公家号:“KIA半导体”或扫一扫下图“存眷”官方微信公家号
请“存眷”官方微信公家号:供给 MOS管 手艺赞助
