【技术】Wolfspeed 采用独立Kelvin驱动源极引脚封装，降低SiC MOSFET 开关损耗3.5倍

时间： 2019-04-09 来源：Wolfspeed

SiC MOSFET因为其制作材料特性使其具有很快的开关速度和很低的开关损耗，但是传统的MOSFET的封装限制了这些优势的发挥。是否有一种简单的、低成本的、可用的SiC MOSFET 分立封装能够用于实际转换器设计中，很好地发挥出SiC MOSFET的优势？

WOLFSPEED 开发了两种分立SiC MOSFET 封装TO-247-4L和TO-263-7，采用独立Kelvin驱动源极引脚。传统的MOSFET分立封装都采用的是公共源极引脚，源极电感同时存在于栅源驱动回路和漏源主回路。如图1所示，Q1为传统TO-247-3L封装的MOSFET，源极电感因di/dt会产生一个与栅极驱动电压VDRV1相反的电压，因此di/dt会对Q1栅源驱动电压产生负反馈效应，导致开关速度下降，开关损耗增加。Q2为新型的TO-247-4L封装MOSFET，采用独立的Kelvin驱动源极引脚用于栅源驱动回路，主回路中di/dt不会对驱动回路产生影响，确保了更高的开关速度和更低的开关损耗。

图1 不同封装MOSFET半桥电路

Wolfspeed推出了一系列采用独立Kelvin驱动源极引脚封装的SiC MOSFET，如表1所示。其中，表面贴装的TO-263-7封装的MOSFET最高耐压达到1700V，比传统D3PAKs封装耐压1200～1700V的MOSFET尺寸小了52%。TO-263-7封装有5个功率源极引脚，减小源极电感，1个独立源极引脚用于驱动回路，避免了功率回路干扰驱动回路。TO-247-4L封装同样也有1个独立源极引脚用于驱动回路，且漏源极的爬电距离达到8mm。图2为这两种封装引脚图。

表1 Wolfspeed TO-247-4L和TO-263-7封装SiC MOSFET

图2 Wolfspeed TO-247-4L和TO-263-7封装SiC MOSFET引脚图

现在采用钳位感应开关测试方法对采用相同的1000V, 65mΩ SiC 裸片，不同封装TO-263-7L和TO-247-3L的MOSFET，在600V/40A条件下进行测试。图3为测试获得的两种封装导通响应波形，即漏源电压和电流波形。测试结果显示，即使增加一个10 Ω的外部栅极电阻，开关响应时间也从72nS降低到27nS，TO-263-7L封装MOSFET比TO-247-3L快了2.6倍。同样的10mΩ, 900V裸片，TO-247-3L和TO-247-4L封装，VGS = -4 / +15 V，RG = 5 Ω， VDS = 600 V条件下，再次进行测试。测试结果显示，TO-247-4L封装的MOSFET与TO-247-3L封装的MOSFET相比，开关损耗降低了3.5倍。图4为测试获得的TO-247-3L和TO-247-4L封装的开关损耗曲线。

图3 TO-247-3L和TO-263-7L封装的导通响应波形

图4 TO-247-3L和TO-247-4L封装的开关损耗曲线

Wolfspeed 开发的采用独立Kelvin驱动源极引脚的封装，应用于SiC MOSFET，突破了传统封装对di/dt的限制，能够发挥出SiC MOSFET开关速度快和开关损耗低的特点。

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