[مقدمة]قامت UnitedSiC (الآن Qorvo) بتوسيع خط إنتاجها 1200 فولت ، مما أدى إلى تقدم الجيل الرابع من تكنولوجيا SiC FET لتطبيقات الجهد العالي. تتوفر المنتجات الستة الجديدة في عائلة UF4C / SC الجديدة بمواصفات تتراوح من 23 مللي أوم إلى 70 مللي أوم وهي متوفرة الآن في حزم TO247-4L (مع اتصال كلفن) ، في حين تتوفر أيضًا 1200 فولت 53 مللي أوم و 70 مللي متر SiC FETs في حزمة TO247 -3L المتاحة. تقدم SiC FETs التي تم إصدارها حديثًا أداءً استثنائيًا وهي مثالية لسوق المركبات الكهربائية المتنامية التي تتحرك نحو شواحن 800 فولت على متن الحافلة (OBCs) ومحولات التيار المستمر. مثل الأجيال السابقة ، تعتبر FETs الجديدة أيضًا مثالية لشواحن البطاريات الصناعية وإمدادات الطاقة الصناعية والمحولات الكهروضوئية وإمدادات الطاقة غير المنقطعة ومجموعة متنوعة من تطبيقات تحويل الطاقة الأخرى.
[الشكل 1 منتجات الجيل الرابع الجديدة 1200 فولت من UnitedSiC FET وسلسلة الجيل الثالث الحالية 1200 فولت بواسطة RDS (تشغيل)]
باستخدام هيكل جهاز الخندق الرأسي المتقدم ، تحقق هذه الأجزاء الجديدة منتجًا عالميًا مقاومًا للمقاومة (ROnx A) ، مما يؤدي إلى رقم رائد في الصناعة من حيث الجدارة (FoM) ، بما في ذلك RDS (on) x المنطقة ، منخفضة جدًا RDS (on) x Eoss ، RDS (on) x Coss ، (tr) و RDS (on) x Qg. مثل بقية مجموعة الجيل الرابع ، يمكن تشغيل 1200V FETs الجديدة بسهولة بجهد محرك بوابة 0-12 فولت أو 0-15 فولت. مع VGS ، بحد أقصى +/- 20 فولت وعتبة عالية للجهد (4.8 فولت) ، تتيح SiC FETs تصميمات جهد بوابة كبيرة وهوامش ضوضاء ومتوافقة مع جهد بوابة Si أو SiC. 1200V FETs لها صمامات ثنائية ممتازة للجسم ، وجهد أمامي ممتاز (عادة 1.0-1.5 فولت) وشحنة استرداد عكسية منخفضة جدًا (Qrr).
للاستفادة الكاملة من المقاومة النوعية المنخفضة للغاية ، تستخدم 1200V SiC FETs عملية ربط حبيبات متطورة تعمل بالفضة للحصول على أداء حراري ممتاز. تحافظ هذه الأجهزة على إمكانات جيدة للتعامل مع الطاقة مدعومة بمقاومة حرارية ممتازة Rth ، jc ، مع تحقيق انكماش القالب وتقليل السعة وخسائر التحويل. تظهر فوائد المقاومة الحرارية المحسّنة في الشكل 2 ، الذي يوضح كيف يقارن حجم قوالب الجيل الرابع 1200 فولت SiC FET بالتقنيات المنافسة ومقاومته الحرارية أقل بنسبة 26٪ من FETs الأخرى في فئتها -60٪.
[الشكل 2 مقارنة الأداء الحراري من الوصلة إلى الحالة للجيل الرابع من SiC FETs الجديد 1200 فولت مع FETs 1200V بعد تقنية تلبيد الفضة المتقدمة]
يوضح الشكل 3 رقم الجدارة في التعامل مع الطاقة (Rth ، jc) ، ورقم الاستحقاق للتبديل الثابت (RDS (on) x Eoss) ، وشكل الجدارة للتبديل الناعم (RDS (on) عند تطبيعه إلى الجديد الجيل الرابع 1200 فولت SiC FETs.) x Coss، (tr)) و RDS (on) x Qg. تعكس القيم المنخفضة في مخطط الرادار أداءً ممتازًا للمعلمات الفردية. كما يتضح من الشكل ، عند 25 درجة مئوية ودرجة حرارة مرتفعة (125 درجة مئوية) ، في دوائر التبديل الصلبة (مثل الواجهة الأمامية النشطة ، وما إلى ذلك) ودوائر التبديل اللينة (مثل محولات التيار المستمر المعزولة ، وما إلى ذلك) ، 1200 فولت من الجيل الرابع SiC FETs كلها لها مزايا أداء لا هوادة فيها. مقارنة بالجيل السابق SiC FET ، يمكن للجهاز الجديد تقليل RDS (on) بنسبة تصل إلى 40٪ في منطقة قالب معينة ، ويمكن تقليل RDS (on) x Eoss عند 25 درجة مئوية بنسبة 37٪ ، و RDS (قيد التشغيل) x Coss عند 25 درجة مئوية ، يمكن تقليل (tr) بنسبة 54٪.
[الشكل 3 مقارنة رقم الاستحقاق للجيل الرابع 1200 فولت الجديد SiC FET مع 1200V FET التنافسي]
تتوفر ستة من SiC FETs جديدة 1200 فولت في أداة حساب التصميم المجانية عبر الإنترنت من UnitedSiC (الآن Qorvo) ، FET-Jet Calculator ™ ، والتي يمكن استخدامها لتقييم خسائر الجهاز ، وكفاءة المحول ، وارتفاع درجة الحرارة ، ولإيجاد ظروف القيادة المثلى. عند استخدام أداة FET-Jet Calculator ، أصبح من الواضح أن 23 ملي أوم الجديدة (UF4SC120023K4S) و 30 ملي أوم (UF4SC120030K4S) هي خيارات ممتازة للأطراف الأمامية النشطة لتطبيقات الشاحن على متن ناقل 800 فولت (OBC). في مثال تصميم الواجهة الأمامية 11kW OBC الموضح في الشكل 4 ، فإن UF4SC120030K4S الجديد قادر على تقليل الخسائر (إلى 37 واط لكل FET) ، وتحقيق كفاءة ممتازة لأشباه الموصلات بنسبة 98٪ والعمل في درجات حرارة منخفضة (Tj = 115oC) مع التقليل في نفس الوقت حجم الحبوب. يفترض التصميم الموضح تردد تبديل ثابت يبلغ 150 كيلو هرتز ودرجة حرارة تبديد حرارة تبلغ THS = 80 درجة مئوية ، مما يسمح للمستخدمين بالحصول على كثافة طاقة ممتازة.
[الشكل 4 مثال على تصميم الواجهة الأمامية 11 كيلو وات OBC باستخدام الجيل الرابع الجديد UF4SC120030K4S SiC FET]
توفر عائلة SiC FET 1200V الجديدة أيضًا خيارًا ممتازًا لمرحلة محول التيار المستمر المعزول في OBC. تعتبر خسائر التوصيل المنخفضة ، وانخفاض الجهد الأمامي للديود المنخفض ، وخسائر المحرك المنخفضة (منخفضة Vg ، و Qg منخفضة) و RDS (on) x Coss ، (tr) من الجيل الرابع من FETs مثالية في طبولوجيا التبديل الناعم عالية التردد هذه. يوضح الشكل 5 مثالاً لتصميم CLLC للجسر الكامل بقدرة 11 كيلو وات و 800 فولت باستخدام 1200 فولت SiC FETs في كل موضع مفتاح جانبي أساسي. بافتراض أن تردد التشغيل هو 200 كيلو هرتز ، فإن درجة حرارة تبديد الحرارة لا تزال THS = 80 درجة مئوية. يوضح جدول ملخص للأداء المتوقع باستخدام FET-Jet Calculator ™ فوائد الجيل الرابع الجديد من SiC FETs 1200 فولت. في أحجام الحبوب المماثلة ، فإن UF4C120053K4S / K3S لها خسائر أقل ، وكفاءة ممتازة لأشباه الموصلات (99.5٪) ، ودرجات حرارة تشغيل أقل (Tj <100oC). UF4C120070K4S / K3S الميسور التكلفة هو أيضًا حل جذاب وفعال من حيث التكلفة مع كفاءة جيدة (99.4٪) مع خسائر أعلى قليلاً.
[الشكل 5 مثال على تصميم CLLC للجسر الكامل بسعة 11 كيلو وات OBC باستخدام الجيل الرابع الجديد من UF4C120053K4S SiC FET]
The Links: LC171W03-A4KC HSD150SX82-B