適用于伺服驅(qū)動(dòng)的國(guó)產(chǎn)第二代碳化硅MOSFET-傾佳電子專業(yè)分銷

 

BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET兩大主要特色：

 

1.出類拔萃的可靠性：相對(duì)競(jìng)品較為充足的設(shè)計(jì)余量來(lái)確保大規(guī)模制造時(shí)的器件可靠性。

BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET 1200V系列擊穿電壓BV值實(shí)測(cè)在1700V左右，高于市面主流競(jìng)品，擊穿電壓BV設(shè)計(jì)余量可以抵御碳化硅襯底外延材料及晶圓流片制程的擺動(dòng)，能夠確保大批量制造時(shí)的器件可靠性，這是BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET最關(guān)鍵的品質(zhì). 

 

2.可圈可點(diǎn)的器件性能：同規(guī)格較小的Crss帶來(lái)出色的開關(guān)性能。

BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET反向傳輸電容Crss 在市面主流競(jìng)品中是比較小的，帶來(lái)關(guān)斷損耗Eoff也是市面主流產(chǎn)品中非常出色的，優(yōu)于部分海外競(jìng)品，特別適用于LLC應(yīng)用.

Ciss：輸入電容（Ciss＝Cgd＋Cgs） ⇒柵極-漏極和柵極-源極電容之和：它影響延遲時(shí)間；Ciss越大，延遲時(shí)間越長(zhǎng)。BASiC基本第二代SiC碳化硅MOSFET 優(yōu)于主流競(jìng)品。

Crss：反向傳輸電容（Crss＝Cgd） ⇒柵極-漏極電容：Crss越小，漏極電流上升特性越好，這有利于MOSFET的損耗，在開關(guān)過(guò)程中對(duì)切換時(shí)間起決定作用，高速驅(qū)動(dòng)需要低Crss。

Coss：輸出電容（Coss＝Cgd＋Cds）⇒柵極-漏極和漏極-源極電容之和：它影響關(guān)斷特性和輕載時(shí)的損耗。如果Coss較大，關(guān)斷dv／dt減小，這有利于噪聲。但輕載時(shí)的損耗增加。

 

基本B2M第二代碳化硅MOSFET器件主要特色：

• 比導(dǎo)通電阻降低40%左右

• Qg降低了60%左右

• 開關(guān)損耗降低了約30%

• 降低Coss參數(shù)，更適合軟開關(guān)

• 降低Crss，及提高Ciss/Crss比值,降低器件在串?dāng)_行為下誤導(dǎo)通風(fēng)險(xiǎn)

• 最大工作結(jié)溫175℃• HTRB、 HTGB+、 HTGB-可靠性按結(jié)溫Tj=175℃通過(guò)測(cè)試

• 優(yōu)化柵氧工藝，提高可靠性

• 高可靠性鈍化工藝

• 優(yōu)化終端環(huán)設(shè)計(jì)，降低高溫漏電流

• AEC-Q101

 

新型集成伺服電機(jī)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)使用SiC MOSFET代替IGBT作為逆變器的核心功率器件。與 IGBT 相比，SiC MOSFET 具有非常低的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。SiC MOSFET可以位于電機(jī)的外殼內(nèi)，并可以通過(guò)自冷金屬外殼實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的功率輸出。

基于SiC MOSFET的伺服驅(qū)動(dòng)器。在分析串?dāng)_機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用有源鉗位抑制橋臂串?dāng)_的SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用磁場(chǎng)定向矢量控制算法來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。采用SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)器位置跟蹤準(zhǔn)確、體積小、性能較好。

碳化硅 (SiC) MOSFET出色的材料特性使得能夠設(shè)計(jì)快速開關(guān)單極型器件，替代升級(jí)雙極型 IGBT  （絕緣柵雙極晶體管）開關(guān)。碳化硅 (SiC) MOSFET替代IGBT可以得到更高的效率、更高的開關(guān)頻率、更少的散熱和節(jié)省空間——這些好處反過(guò)來(lái)也降低了總體系統(tǒng)成本。SiC-MOSFET的Vd-Id特性的導(dǎo)通電阻特性呈線性變化，在低電流時(shí)SiC-MOSFET比IGBT具有優(yōu)勢(shì)。

與IGBT相比，SiC-MOSFET的開關(guān)損耗可以大幅降低。采用硅 IGBT 的電力電子裝置有時(shí)不得不使用三電平拓?fù)鋪?lái)優(yōu)化效率。當(dāng)改用碳化硅 (SiC) MOSFET時(shí)，可以使用簡(jiǎn)單的兩級(jí)拓?fù)?。因此所需的功率元件?shù)量實(shí)際上減少了一半。這不僅可以降低成本，還可以減少可能發(fā)生故障的組件數(shù)量。SiC MOSFET 不斷改進(jìn)，并越來(lái)越多地加速替代以 Si IGBT 為主的應(yīng)用。 SiC MOSFET 幾乎可用于目前使用 Si IGBT 的任何需要更高效率和更高工作頻率的應(yīng)用。這些應(yīng)用范圍廣泛，從太陽(yáng)能和風(fēng)能逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)到感應(yīng)加熱系統(tǒng)和高壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

 

隨著自動(dòng)化制造、電動(dòng)汽車、先進(jìn)建筑系統(tǒng)和智能電器等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)增強(qiáng)這些機(jī)電設(shè)備的控制、效率和功能的需求也在增長(zhǎng)。碳化硅 MOSFET (SiC MOSFET) 的突破重新定義了歷史上使用硅 IGBT (Si IGBT) 進(jìn)行功率逆變的電動(dòng)機(jī)的功能。這項(xiàng)創(chuàng)新擴(kuò)展了幾乎每個(gè)行業(yè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的能力。Si IGBT 因其高電流處理能力、快速開關(guān)速度和低成本而歷來(lái)用于直流至交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。最重要的是，Si IGBT 具有高額定電壓、低電壓降、低電導(dǎo)損耗和熱阻抗，使其成為制造系統(tǒng)等高功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的明顯選擇。然而，Si IGBT 的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是它們非常容易受到熱失控的影響。當(dāng)器件溫度不受控制地升高時(shí)，就會(huì)發(fā)生熱失控，導(dǎo)致器件發(fā)生故障并最終失效。在高電流、電壓和工作條件常見的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，例如電動(dòng)汽車或制造業(yè)，熱失控可能是一個(gè)重大的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

 

電力電子轉(zhuǎn)換器提高開關(guān)頻率一直是研發(fā)索所追求的方向，因?yàn)橄嚓P(guān)組件（特別是磁性元件）可以更小，從而產(chǎn)生小型化優(yōu)勢(shì)并節(jié)省成本。然而，所有器件的開關(guān)損耗都與頻率成正比。IGBT 由于“拖尾電流”以及較高的門極電容的充電/放電造成的功率損耗，IGBT 很少在 20KHz 以上運(yùn)行。SiC MOSFET在更快的開關(guān)速度和更低的功率損耗方面提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。IGBT 經(jīng)過(guò)多年的高度改進(jìn)，使得實(shí)現(xiàn)性能顯著改進(jìn)變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性。例如，很難降低總體功率損耗，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的 IGBT 設(shè)計(jì)中，降低傳導(dǎo)損耗通常會(huì)導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。

 

作為應(yīng)對(duì)這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的解決方案，SiC MOSFET 具有更強(qiáng)的抗熱失控能力。碳化硅 的導(dǎo)熱性更好，可以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)備級(jí)散熱和穩(wěn)定的工作溫度。SiC MOSFET 更適合較溫暖的環(huán)境條件空間，例如汽車和工業(yè)應(yīng)用。此外，鑒于其導(dǎo)熱性，SiC MOSFET 可以消除對(duì)額外冷卻系統(tǒng)的需求，從而有可能減小總體系統(tǒng)尺寸并降低系統(tǒng)成本。

 

由于 SiC MOSFET 的工作開關(guān)頻率比 Si IGBT 高得多，因此它們非常適合需要精確電機(jī)控制的應(yīng)用。高開關(guān)頻率在自動(dòng)化制造中至關(guān)重要，高精度伺服電機(jī)用于工具臂控制、精密焊接和精確物體放置。此外，與 Si IGBT 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)相比，SiC MOSFET 的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它們能夠嵌入電機(jī)組件中，電機(jī)控制器和逆變器嵌入與電機(jī)相同的外殼內(nèi)。使用SiC MOSFET 作為變頻器或者伺服驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于 MOSFET 的線性損耗與負(fù)載電流的關(guān)系，它可以在所有功率級(jí)別保持效率曲線“平坦”。SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動(dòng)器的柵極電阻的選擇是為了首先避免使用外部輸出濾波器，以保護(hù)電機(jī)免受高 dv/dt 的影響（只有電機(jī)電纜長(zhǎng)度才會(huì)衰減 dv/dt）。 SiC MOSFET變頻伺服驅(qū)動(dòng)器相較于IGBT變頻伺服驅(qū)動(dòng)器在高開關(guān)頻率下的巨大效率優(yōu)越性.

 

盡管 SiC MOSFET 本身成本較高，但某些應(yīng)用可能會(huì)看到整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的價(jià)格下降（通過(guò)減少布線、無(wú)源元件、熱管理等），并且與 Si IGBT 系統(tǒng)相比總體上可能更便宜。這種成本節(jié)省可能需要在兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)和成本研究分析，但可能會(huì)提高效率并節(jié)省成本。基于 SiC 的逆變器使電壓高達(dá) 800 V 的電氣系統(tǒng)能夠顯著延長(zhǎng)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程并將充電時(shí)間縮短一半。

 

碳化硅 (SiC) MOSFET功率半導(dǎo)體技術(shù)代表了電力電子領(lǐng)域的根本性變革。SiC MOSFET 的價(jià)格比 Si MOSFET 或 Si IGBT 貴。然而，在評(píng)估碳化硅 (SiC) MOSFET提供的整體電力電子系統(tǒng)價(jià)值時(shí)，需要考慮整個(gè)電力電子系統(tǒng)和節(jié)能潛力。需要仔細(xì)考慮以下電力電子系統(tǒng)節(jié)?。?第一降低無(wú)源元件成本，無(wú)源功率元件的成本在總體BOM成本中占主導(dǎo)地位。提高開關(guān)頻率提供了一種減小這些器件的尺寸和成本的方法。 第二降低散熱要求，使用碳化硅 (SiC) MOSFET可顯著降低散熱器溫度高達(dá) 50%，從而縮小散熱器尺寸和/或消除風(fēng)扇，從而降低設(shè)備生命周期內(nèi)的能源成本。 通常的誘惑是在計(jì)算價(jià)值主張時(shí)僅考慮系統(tǒng)的組件和制造成本。在考慮碳化硅 (SiC) MOSFET的在電力電子系統(tǒng)里的價(jià)值時(shí)，考慮節(jié)能非常重要。在電力電子設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)節(jié)省能源成本是碳化硅 (SiC) MOSFET價(jià)值主張的一個(gè)重要部分。