具有业界出众性能的1200V第四代SiC FET为高压市场提供优秀SiC功率解决方案

时间： 2022-06-29 来源：UnitedSiC

UnitedSiC（现被Qorvo收购）扩充了其1200V产品系列，将其突破性的第四代SiC FET技术推广到电压更高的应用中。新UF4C/SC系列中的六款新产品的规格从23毫欧到70毫欧，现以TO247-4L（采用开尔文连接）封装提供，而1200V的53毫欧和70毫欧SiC FET还以TO247-3L封装提供。这些新发布的SiC FET具有不凡的性能，是不断成长的电动车市场向着800V总线车载充电器（OBC）和直流转换器迈进过程中的理想选择。与前几代一样，新FET也非常适合工业电池充电器、工业电源、光伏转换器、不间断电源和各种其他功率转换应用。

图1 按R_DS(On)划分的新1200V第四代UnitedSiC FET产品与现有1200V第三代系列

这些新零件采用先进的垂直沟槽器件结构，实现了世界一流的导通电阻与面积乘积（R_Onx A），从而具备了业界一流的品质因数（FoM），包括非常低的R_DS(on)x面积、非常低的R_DS(on) x E_oss、R_DS(on) x C_oss,(tr)和R_DS(on) x Q_g。与第四代产品组合的其余产品一样，新的1200V FET可以用0-12V或0-15V栅极驱动电压轻松驱动。由于有+/-20V的V_GS,Max和高阈值电压（4.8V），这些SiC FET能实现大量栅极电压设计和噪音裕度，并与Si或SiC栅极驱动电压兼容。1200V FET具备出色的体二极管、出众的正向电压（通常为1.0-1.5V）和很低的反向恢复电荷（Q_rr）。

为了充分利用特定导通电阻超低的优势，新的1200V SiC FET采用先进的银烧结晶粒连接工艺，实现出色的热性能。这些器件在出色的热电阻R_{th, j-c}的支持下维持了良好的功率处理能力，同时实现了晶粒缩小，并降低了电容和开关损耗。热电阻改善的好处在图2中体现，该图说明了第四代1200V SiC FET的晶粒体积与竞争性技术的比较情况，以及其热阻与同等级其他FET相比低了26%-60%。

图2 在采用先进的银烧结技术后，新1200V第四代SiC FET的结到壳热性能与竞争性1200V FET的比较

图3显示了归一化至新第四代1200V SiC FET时，功率处理的品质因数（R_th,j-c）、硬开关品质因数（R_DS(on) x E_oss）以及软开关的品质因数（R_DS(on)x C_oss,(tr)）和R_DS(on)x Q_g。雷达图中的较低值反映了各个参数的出色表现。从图中可以看出，在25^oC和升高后的温度（125^oC）下，在硬开关电路（即有源前端等）和软开关电路（即隔离的直流转换器等）中，1200V第四代SiC FET都具有不受影响的性能优势。与上一代SiC FET相比，新器件在给定晶粒面积下的R_DS(on)最多可降低40%，25^oC的R_DS(on)x E_oss可降低37%，25^oC的R_DS(on) x C_oss,(tr)可降低54%。

图3 新1200V第四代SiC FET的品质因数与竞争性1200V FET的比较

UnitedSiC（现名Qorvo）免费在线设计计算工具FET-Jet Calculator™中提供了6款新1200V SiC FET，该工具可用于评估器件损耗、转换器效率和升温，以及找到最佳驱动条件。使用FET-Jet Calculator工具时可以明显看出，新23毫欧（UF4SC120023K4S）和30毫欧（UF4SC120030K4S）FET是800V总线车载充电器（OBC）应用的有源前端的出色选项。在图4所示的11kW OBC前端设计示例中，新的UF4SC120030K4S能够降低损耗（降至每个FET 37W），实现98%的出色半导体效率并在更低温度（T_j=115^oC）下运行，并同时减小晶粒体积。图示设计假设硬开关频率为150kHz，散热温度T_HS=80^oC，从而支持用户获得出色的功率密度。

图4 采用了新第四代UF4SC120030K4S SiC FET的11kW OBC前端设计示例

新1200V SiC FET系列还为OBC的隔离直流转换器级提供了出色的选择。在这些高频软开关拓扑中，第四代FET的低导电损耗、低二极管正向压降、低驱动器损耗（低V_g，低Q_g）和低R_DS(on) x C_oss,(tr)都很理想。图5展示了一个11kW，800V全桥CLLC设计示例，在每个初级侧开关位置都采用了1200V SiC FET。假设运行频率为200kHz，散热温度仍为T_HS=80^oC。使用FET-Jet Calculator™预测的性能摘要表显示了新第四代1200V SiC FET的优势。在相似的晶粒体积下，UF4C120053K4S/K3S的损耗更低，有出色的半导体效率（99.5%），且运行温度较低（T_j < 100^oC）。经济实惠的UF4C120070K4S/K3S也是具有吸引力的高性价比解决方案，具有良好的效率（99.4%），只是损耗略高。

图5 使用新第四代UF4C120053K4S SiC FET的11kW OBC全桥CLLC设计示例

总之，在电压较高的电路中，UnitedSiC（现名Qorvo）的这些新1200V SiC FET在先进的第四代技术的支持下在软开关和硬开关中都有出色的性能。重要“品质因数”方面的表现使得SiC FET产品的总体表现较好，因而在前沿设计中为高增长市场提供了出色的功率解决方案。

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描述- 本指南提供了使用RC阻尼器与快速开关SiC器件的实际解决方案和指导。通过实验双脉冲测试（DPT）结果验证了该解决方案。阻尼器损耗被精确测量，以帮助用户计算阻尼电阻的功率等级。分析了阻尼器在硬开关和软开关应用中的有益影响。附带的“使用阻尼器开关快速SiC FET”应用笔记可在https://unitedsic.com/wp-content/uploads/appnotes/Snubber%20AppNotes_V8.pdf找到。指南中包含了基本假设、阻尼器规则、BOM清单和注意事项。

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