【技术】碳化硅MOSFET开关管:小小封装,也有乾坤
CREE(现在的WOLFSPEED)是碳化硅功率器件行业的领导者,可提供碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET开关管、碳化硅MOSFET模块。其碳化硅MOSFET开关管更是提供三种封装,分别为TO-220-3、TO-247-3、TO-263-7,如图1所示。
图1:CREE提供的MOSFET开关管封装示意图
封装的不同,有时也另有玄机。那么,小小封装,到底有何乾坤?下面,我们就以TO-247-3和TO-263-7来做一番比较分析。
CREE提供的MOSFET开关管C3M0065090D和C3M0065090J,都具有65毫欧的导通电阻及900V的漏源电压,两者最大的差异只是封装不同。C3M0065090D是TO-247-3封装,而C3M0065090J是TO-263-7封装,又称D2PAK-7L封装,分别如图2和图3所示。
图2:C3M0065090D的TO-247-3封装及引脚示意图
C3M0065090D的TO-247-3封装有3个引脚,分别是1脚栅极、2脚漏极和3脚源极,为直插式封装。C3M0065090J的D2PAK-7L(TO-263-7)封装有7个引脚和一个基体焊盘,分别是1脚栅极,2脚驱动源极,3到7脚为功率源极,基体焊盘为漏极,为表贴式封装。C3M0065090J2脚驱动源极,是一种专门从源极引出的开尔文连接,可降低连接电阻,并使1脚栅极和2脚驱动源极组成的驱动电路回路最小化。而3、4、5、6、7脚为并联的源极,基体焊盘为漏极,可减少寄生电感。这样的好处是提高了器件开关的上升和下降时间,降低了开关损耗。
图3:C3M0065090J的D2PAK-7L封装及引脚示意图
图4是TO-247-3封装的C3M0065090D和D2PAK-7L封装的C3M0065090J的性能对比表,注意,带有开尔文连接的7脚封装具有更快的上升和下降时间,其测试条件为:(VDD=400V Vgs=-3V/15V, Id=20A, Rg=2.5ohm)。
图4:TO-247-3封装的C3M0065090D和D2PAK-7L封装的C3M0065090J性能对比表
图5:TO-247-3封装和D2PAK-7L(7L D2PAK)开关损耗的对比图
图5是TO-247-3封装和D2PAK-7L(7L D2PAK)开关损耗的对比曲线图。值得注意的是,两种封装具有同样65毫欧的导通电阻,但在大电流状态时,由于采用了开尔文连接,7L D2PAK封装比TO-247-3封装的开关损耗要低很多。如在20A时, TO-247-3封装的开关损耗为325µJ,7L D2PAK封装的开关损耗为65µJ。
图6、图7分别是TO-247-3封装的C3M0065090D和D2PAK-7L封装的C3M0065090J的驱动电压Vgs和输出开关电压Vds和电流Id的波形图。由图6对比结果可知,开尔文连接使门极驱动Vgs波形更干净,振铃更小(Rgon=10 ohm)。
图6:驱动电压Vgs的波形图
图7:输出开关电压Vds和电流ID波形图
注意,具有D2PAK-7L封装的C3M0065090J开关损耗更小(Rgon=10ohm and Rgoff=5ohm)。
通过以上分析对比可知,MOSFET开关管D2PAK-7L封装比TO-247-3封装的性能会更好,但两者价格却基本持平,小小封装,确有乾坤,你心动了吗?我告诉你一个小小的秘密,CREE的D2PAK-7L封装的MOSFET开关管,也是特斯拉的选型所爱。
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aniu Lv7. 资深专家 2019-08-23学习碳化硅
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