蓉矽半导体SiC MOSFET分立器件并联，具有设计灵活、散热均匀、可降低系统成本等优势

时间： 2024-07-17 来源：蓉矽半导体公众号

技术问答

01、分立半导体器件

半导体器件是构成电子电路的基本元件，它们所使用的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料^[1]。

分立半导体器件是指具备单一功能的独立器件，主要包括二极管、晶体管、晶闸管等，其主力产品为硅基MOSFET、硅基IGBT以及碳化硅基MOSFET。新能源汽车、光伏以及储能的高速发展为以碳化硅为典型代表的第三代半导体在大功率场景应用铺平了道路，也为第三代半导体带来了新的平台。

[1]:清华大学电子学教研组编，华成英童诗白主编.模拟电子技术基础（第四版），高等教育出版社，2006年.

02、分立器件并联方案的优势
受限于产能和成本等要素，分立器件并联方案相较功率模块方案，拥有以下优势：

设计灵活性：

可以灵活增加或减少器件数量，根据需要调整器件参数，从而提供更加灵活的功率拓扑，实现更高的功率密度，达到预期设计的Rds(on)值。

散热均匀性：

并联分立器件能更好地利用散热器进行温度控制，达到均匀的散热分布，以降低芯片峰值温度、平衡室温与器件工作结温，延长使用寿命。

降低系统成本：

相较于选用更大尺寸的SiC MOSFET，并联分立器件方案可以有效降低运行成本，带来更高的成本效益。

03、分立器件并联方案的不足

与此同时，并联电路回路中寄生参数比较复杂，加之SiC MOSFET的开关速度较快，会在运行过程中发生电力系统震荡现象，带来电流负载不均衡问题，进而干扰系统的正常运作。

其中，分立器件并联方案面临的最大挑战来自器件本身在制造过程中产生的特性参数方差，主要是由Rds(on)带来的静态均流问题和Vgs(th)带来的动态均流问题。

具体来说，Rds(on)带来的20%方差在传导阶段会造成Rds(on)值较低的器件导通约1.5倍更大的电流，有可能引发电流失衡。Rdson值对温度非常敏感，虽然其内部结构中的沟道电阻是负温度系数，但是JFET电阻与漂移区电阻都拥有正温度系数并且在高温下会产生决定性因素导致Rds(on)会随着温度的升高而增加。

Rdson的正温度系数可以有效提高改善静态均流问题。更大的电流经过原先更低电阻的MOS器件，使结温升温的同时Rds(on)也升高，平衡两个器件之间的Rds(on)差，进而出现自然热平衡。SiC MOS的正温度补偿可以有效避免热失控，同时更高的Rdson温升曲线可以帮助并联器件更快速地达到自然热平衡。

04、蓉矽半导体分立器件并联应用优势

为提升并联均流性能，在实际应用时可以选择Rds_on随温度变化较大的器件。

因为当两个器件并联时，Rds_on的差异会导致通过器件的电流不同：经过Rds_on相对较小器件的电流较大，进而导致该器件的发热现象更为明显。由于SiC MOSFET的Rds_on呈现正温度系数，即随着温度升高，Rds_on电阻值会随着电流增大而上升。Rds_on增大越快，流经该器件的电流就会降低，进而降低温度来达到较好的并联均流效果。

蓉矽SiC MOSFET具有更高的Rds(on)温升曲线，拥有更优异的正温度补偿效益，能够帮助并联应用更快达到热平衡从而实现静态均流。下图为蓉矽半导体1200V/20mΩ SiC MOSFET在不同驱动电压下的温升曲线：

蓉矽半导体1200V 20mΩ SiC MOSFET电压等级为1200V，最大可持续电流（V_GS=20V，Tc=25℃）达126A。

产品特点如下：

采用沟道自对准工艺和凸多边形密铺的元胞布局形式，增加沟道密度、降低沟道电阻，提升器件在单位面积内的电流能力；
采用多晶硅网络优化技术，充分降低栅极内阻，提高器件在开关过程中对输入电容的充放电速度，降低器件开关损耗；
采用结终端优化技术，降低器件在结终端的曲率效应，提高器件耐压能力；采用开尔文源的PAD设置，降低封装中的杂散电感；
VDD=800V时，短路耐受时间≥3μs，TO-247-4封装测试开启损耗为629μJ；

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