世代更替

時間：2022-10-24 10:14:56

關鍵字： UnitedSiC UnitedSiC SiC FET GaN器件

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[導讀]人類世代的演變很慢，在現(xiàn)在人們的記憶中，有“嬰兒潮”一代，然后是X世代、千禧一代（Y世代）和Z世代，最后到現(xiàn)在又奇怪地稱為“A”世代。我覺得這是因為字母已經被用光了。而在半導體領域，世代的發(fā)展較快，從2020年11月UnitedSiC推出750V SiC FET開始，UnitedSiC SiC FET現(xiàn)已發(fā)展到了第4代。

人類世代的演變很慢，在現(xiàn)在人們的記憶中，有“嬰兒潮”一代，然后是X世代、千禧一代（Y世代）和Z世代，最后到現(xiàn)在又奇怪地稱為“A”世代。我覺得這是因為字母已經被用光了。而在半導體領域，世代的發(fā)展較快，從2020年11月UnitedSiC推出750V SiC FET開始，UnitedSiC SiC FET現(xiàn)已發(fā)展到了第4代。

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UnitedSiC第3代器件在市場上表現(xiàn)出色，有許多文章論述了它與硅器件和GaN器件相比所具有的優(yōu)勢，但是SiC現(xiàn)在的性能距離它的理論性能極限仍有一段距離，因此擁有更好性能的UnitedSiC第4代SiC FET共源共柵器件不可避免地誕生了。然而，對于更快開關速度與更低損耗的需求要求我們謹慎處理，以避免過沖和振鈴，從而使減輕電磁干擾成為一個重要考慮因素。接下來，我們概述它帶來的改進，并討論一些應用挑戰(zhàn)。

第四代器件改進的雷達圖

與第3代器件相比，第4代SiC FET有若干方面的改進，從“雷達”圖中能清楚看到。

我們比較6毫歐左右的兩代器件的數(shù)據(jù)。首先注意到的是，額定電壓升高至750V。這能讓整流線路應用擁有額外的有用安全裕度，在此類應用中，運行電壓峰值可以遠遠超過400V，浪涌和尖峰還會進一步推高電壓。第4代器件將反向恢復電荷Qrr降低了幾乎一半，為硬開關應用帶來了顯著的損耗降低，總開關能耗也有類似降低。較小的晶粒還會帶來動態(tài)能量節(jié)約，使得性能表征RDS(on) x A更好，而且由于晶粒體積比第3代器件小了35%，還能提升晶圓產量，因而更加經濟。為了在減小晶粒體積的同時將結殼熱阻保持在合理水平，我們使用銀燒結晶粒連接方式和先進的晶圓減薄技術。第4代的短路耐受時間是第3代的兩倍以上，而導通電阻極低的750V/6mOhm FET的體二極管浪涌電流額定值保持不變。有趣的是，導通電阻隨溫度上升而增加的速度比第3代器件快，不過起始值較低，而這種效應實際上正是提高短路耐受時間額定值的助力。還有一個相關因素是，第4代器件打開和關閉時的開關能量的溫度系數(shù)為正，而第3代器件則為負，而在額定運行條件和溫度下，第4代器件的Eon值比第3代低，二者的Eoff值相近。

生成電磁干擾解決方案

SiC FET的速度極快，這是降低動態(tài)損耗所必需的，但是因為與電路寄生電感交互，所以高di/dt和dV/dt會造成電磁干擾高的風險。這會造成振鈴和過沖，從而降低電壓裕度并造成電磁兼容性合規(guī)問題，因此通常需要控制邊緣速率。傳統(tǒng)解決方案引入串聯(lián)電阻來驅動柵極，但是在高頻軟開關電路中，這會降低效率，增加延遲時間并降低本已極小的打開時間和控制范圍。從漏極到源極跨接小RC緩沖電路是一個更好的解決方案，可限制過沖和抑制振鈴，而不會帶來額外的損耗。請在網站上查找用戶指南，了解RC值非常小的時候各種器件在不同條件下的推薦值并將其作為起點。對于軟開關應用，一個電容器就已經足夠。
并聯(lián)SiC FET可能會引起柵極電路中的振蕩，而緩沖電路可以通過降低邊緣速率來防止這一情況，但是還是建議為每個器件和打開、關閉驅動狀態(tài)使用單獨的柵極電阻。在柵極連接中使用串聯(lián)磁珠也是一個安全的解決方案，同時還要采用良好的直流鏈解耦實踐來實現(xiàn)高頻，以及優(yōu)化了電壓和局部解耦的穩(wěn)健柵極驅動器。