英飛凌CoolSiC MOSFET G2通過(guò)單元間距縮小和結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了更高的性能。本研究通過(guò)在不同負(fù)載電流和柵極電阻條件下進(jìn)行雙脈沖測(cè)試，對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在保持低導(dǎo)通損耗的同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗比G1降低了40%。本文針對(duì)高頻應(yīng)用提出了柵極電阻和負(fù)電壓選擇等實(shí)用指南。這些發(fā)現(xiàn)為在高效電力電子系統(tǒng)中使用CoolSiC MOSFET G2提供了重要參考。

簡(jiǎn)介

電力電子行業(yè)需要具有較高功率密度的高性能功率半導(dǎo)體。為了滿(mǎn)足這些要求，英飛凌推出了CoolSiC G2 MOSFET，其特點(diǎn)是優(yōu)化了垂直結(jié)構(gòu)和單元設(shè)計(jì)。CoolSiC MOSFET 1200V G2 采用垂直溝槽式單元結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，具有多個(gè)優(yōu)化參數(shù)。這些設(shè)計(jì)改進(jìn)產(chǎn)生了最佳的導(dǎo)通電阻- RDS(on)* A -而不會(huì)影響器件的可靠性。

圖1.CoolSiC MOSFET G2的垂直溝槽單元結(jié)構(gòu)

與平面器件相比，CoolSiC MOSFET G2由于開(kāi)關(guān)損耗低，在硬開(kāi)關(guān)方面具有優(yōu)勢(shì)。隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高，這種優(yōu)勢(shì)會(huì)變得更加明顯。通過(guò)采用嚴(yán)格的可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和篩選工藝, CoolSiC MOSFET G2有助于設(shè)計(jì)出成本更優(yōu)化、更高效、更緊湊和更可靠的系統(tǒng)。這一進(jìn)步對(duì)電力電子行業(yè)具有重大意義，因?yàn)楦咝阅芄β拾雽?dǎo)體對(duì)提高系統(tǒng)效率和可靠性至關(guān)重要。

測(cè)試結(jié)果

雙脈沖測(cè)試裝置由幾個(gè)關(guān)鍵部件組成，可以測(cè)量各種漏極電流條件下的開(kāi)關(guān)損耗。

圖2

圖3.雙脈沖測(cè)試裝置

雙脈沖測(cè)試結(jié)果表明，在整個(gè)電流范圍內(nèi)，G2器件的開(kāi)關(guān)損耗都低于G1器件。值得注意的是，在額定電流較高時(shí)，兩種器件的開(kāi)關(guān)損耗差異更加明顯。具體來(lái)說(shuō)，在漏極電流為40A時(shí)，G2器件的開(kāi)關(guān)損耗比G1器件降低了40%。

圖4.CoolSiC G1和G2的開(kāi)關(guān)損耗比較

為了進(jìn)一步闡明G2器件的開(kāi)關(guān)行為，還研究了關(guān)斷電壓對(duì)開(kāi)關(guān)損耗的影響。結(jié)果表明，關(guān)斷電壓對(duì)開(kāi)通損耗的影響微乎其微。不過(guò)，使用-5V而不是0V的關(guān)斷電壓可顯著降低關(guān)斷損耗，尤其是在柵極電阻值和負(fù)載電流較高的情況下。

例如，當(dāng)使用2Ω的柵極電阻時(shí)，與0V關(guān)斷電壓相比，在漏極電流為40A時(shí)，采用-5V關(guān)斷電壓時(shí) G2 器件的關(guān)斷損耗降低了44%。

圖5.不同漏極電流下的開(kāi)關(guān)損耗比較

此外，當(dāng)漏極電流保持在20A并增大柵極電阻時(shí)，當(dāng)使用10Ω柵極電阻時(shí)，關(guān)斷損耗降低了44%。

圖6.不同柵極電阻下的開(kāi)關(guān)損耗比較

通過(guò)比較分析G1和G2器件在相同工作條件下的開(kāi)關(guān)波形，可以發(fā)現(xiàn)它們的瞬態(tài)行為存在明顯差異。在接通瞬態(tài)期間，G2器件比G1器件表現(xiàn)出更明顯的振蕩，這可歸因于其更高的di/dt和dv/dt特性。然而，盡管振蕩加劇G2器件的開(kāi)關(guān)行為仍然控制得很好。

圖7.CoolSiC G1和G2的波形比較

結(jié)論

總之，CoolSiC G2 MOSFET與其前身G1相比，在性能和效率方面都有顯著提高。憑借優(yōu)化的垂直結(jié)構(gòu)和單元設(shè)計(jì)，G2器件實(shí)現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最低的Rsp。此外，該器件還實(shí)現(xiàn)了低開(kāi)關(guān)損耗，在硬開(kāi)關(guān)方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。雙脈沖測(cè)試結(jié)果證實(shí)了G2器件的卓越開(kāi)關(guān)性能，與G1相比，開(kāi)關(guān)損耗降低達(dá)40%。此外，還研究了關(guān)斷電壓對(duì)開(kāi)關(guān)損耗的影響，結(jié)果表明，當(dāng)使用-5V關(guān)斷電壓時(shí)，關(guān)斷損耗顯著降低。總之，CoolSiC G2 MOSFET能夠加速設(shè)計(jì)成本更優(yōu)化、更高效、更緊湊、更可靠的系統(tǒng)，是電力電子行業(yè)極具吸引力的解決方案。