碳化硅开关管的选择-优缺点对比ppt课件

应用增强型碳化硅结型晶体管的功率因数校正技术RobinKelley1,2,MichaelMazzola1,ShaneMorrison2,IgorSankin2,1,目录碳化硅开关器件的选择问题三端（无共源共栅结构放大器）增强型（常关）碳化硅结型场效应晶体管在采用标准PWM芯片或MOSFET驱动器的场合采用插入式替换设计在商用PFC评估板上测得的实验结果门极驱动电压范围的减小，这是致命的弱点吗？,2,碳化硅开关器件的选择-优缺点对比,1200V碳化硅DMOSFET,1200V碳化硅结型晶体管,优点：常关比一般的硅MOSFET的Rds(on)小得多（大约为1/5-1/10）比一般的硅MOSFET的Rds(on)Qg稍小较高的结温插入式替换-可插入现有插口中,缺点：碳化硅MOSFET的稳定性碳化硅PN体二极管的稳定性成本为3美元,优点：常关比硅MOSFET损耗低结温高,缺点：碳化硅基射极的稳定性低电流增益可替换插口？成本为3美元,3,碳化硅开关管的选择-优缺点对比,1200V碳化硅DM横向导电型场效应晶体管,优点：比硅MOSFET的导通电阻低得多（1/101/20）比硅MOSFET的Qg低得多结温较高缺点：常开无可替换插口（W/O共源共栅结构硅MOSFET）碳化硅体二极管的稳定性成本2美元/共源共栅结构成本为3美元,1200V碳化硅EM垂直导电型场效应晶体管,优点：常关比硅MOSFET的导通电阻低得多（1/201/30）比硅MOSFET的Qg低得多结温较高无体二极管插入式可替换结构-可插入现有插口中缺点：门极驱动电压波动成本为1美元/IDSS误差放大器成本为2美元,功率半导体公司公认,本文的重点,4,在商用封装中的应用范围,近三个月来，由Semisouth或CAVS公司封装的碳化硅垂直导电型结型晶体管的应用实例,单体额定电压1200V封装TO247雪崩击穿电压1500V0.1欧导通电阻IDSS为40A,多体额定电压600V固态功率控制器在斩波电路中采用SBD增强模式0.015欧导通电阻IDSS为150A,多体额定电压600V半桥功率模块在反并联结构中采用SBD带门极驱动电路0.003欧导通电阻IDSS大于600A,高频交流环节矩阵变换器,蓄电池电动汽车中永磁电机驱动电路,飞机或汽车用能量管理或分配系统,5,带碳化硅P-N结的单极性器件开关速度高易于并联无双极性退化/门极氧化问题高的击穿值/雪崩限制值垂直导电沟道高的沟道填充密度/高的电子迁移率（对C-轴）由布局限制了门限电压简单的自对准工艺-低成本更多门极面积可延伸至漏极：Coss取决于密勒电容,两种不同的功率结型晶体管的剖面图(a)LC/V(b)VC/V,碳化硅单极性功率开关管：结型晶体管600V1200V,20A50A4H-碳化硅功率结型晶体管,6,碳化硅单极性功率开关管：结型晶体管:600V1200V4H-SiCE-modePowerVJFET,在RT和200C时测得的漏极电流-电压曲线族,800V和1800V常关型V结型晶体管模块参数,常关型碳化硅V结型晶体管模块,7,碳化硅VJ结型晶体管的选择,由电介质限制的截止电压为VGS=0V+1.25V门槛电压在TO257金属盒封装的单个器件Rds(on)=80mT=25CIDSS=18AIG(leakage)=8mAVGS=2.5V双极性模式可忽略（最小空穴注入法）高效的电流转移比200更多信息请查询：brice.moore,8,门极驱动电平移动,典型的COTSMOSFET控制器/驱动IC单电源供电VCC=15V.直流耦合，1-5A源或负载按照EMV结型晶体管的需要做的相应改动和BJT-驱动电路一样，需要加入限流电阻和并联旁路电容为保证了门极的绝缘性能，将电流转移比变得很高,9,基极驱动的选取RC的设计要求：为减小Rds(on)，IDSS的值最大，选择VGS=+2.5V在VGS=+2.5V和VGG=15V情况下，电阻值的选取必须限制正向门极电流电容器的尺寸要大于Ciss,最初选择的Cg应该为开关器件输入电容的十倍，并且为保证最佳性能Cg应该是可调的。Rg=(VGGVGS)/IG,10,“插入式”演示板的说明由Fairchild公司半导体生产的FEB-109评估板300瓦离线式连续模式功率因数校正的开关模式电源ML4821功率因数校正控制器（平均电流模式）100kHz,Boost的IGBT,Boost的二极管,PFC的控制器,整流器,11,FEB-109评估板的电路图,12,PFC演示板的参数:VIN:85265VACVOUT:400VPOUT:300Wfs:100kHz主功率开关器件：600V/34A的IGBT将原有电路中的续流二极管更换为碳化硅SBD-为了作对比分析精细功率分析仪（YokagawaPZ4000）-用于精确调节测定基准电路的系统效率,IGBT的开关波形Vin-整流后的输入电压（紫色，100V/格）VOUT-输出电压（绿色，200V/格）VDS-IGBT集-射极电压（蓝色，200V/格）VGE-门-射极电压（褐色，20V/格）,PFC电路的参考标准,13,PFC电路的参考标准功率分析仪用于评估整个输入电压和负载范围的系统效率,14,在FEB-109评估板上所做的修改,1.代替w/SiCSBD,2.用碳化硅JFET代替,3.改变电阻值4.加入电容,15,采用碳化硅SBD和JFET的演示板,碳化硅SBD,EM碳化硅JFET,PFC演示板的PCB板,16,采用EM碳化硅结型晶体管的工作波形,启动前，器件截止电压为VGS=0V启动后，RC门极驱动电平将由驱动器IC的输出转换为JFET门极期望的偏置电压。在门极驱动器中加入旁路电容是用来将门极信号变负以加速关断,17,采用JFET的效率曲线在最低输入电压时的最大开关电流满载时最高效率在最低输入电压和最大功率时有1.25%的效率提升,18,EM碳化硅结型晶体管和硅IGBT,*漏极电流为红色方框区域内,由800-V,11AEM碳化硅结型晶体管代替600-V,34-A硅IGBT在进入饱和区之前先到达欧姆区致使导通损耗明显的减小（50%）开通速度提高了2.5倍（由FWD的换向速度限制了关断速度）,器件输入电压开通时间关断时间dV/dt（导通）dV/dt（关断）,SicJFET,IGBT,240VAC120VAC,240VAC120VAC,32ns38ns,10080ns,170ns92ns,176103ns,9.98V/ns8.88V/ns,1.88V/ns3.47V/ns,3.20V/ns3.99V/ns,1.82V/ns3.10V/ns,19,旁路电容器的剩余电荷由电平变化引起的负向“跳跃”为避免直通，dVDG/dt24V/ns,门极驱动电压控制在0-2.5V之间会怎么样？,SiCJFET漏极电压,SiCJFET门极电压,PWM控制器输出,20,结论请不要说“但是结型晶体管是常开型器件”他们不一定采用碳化硅。请询问生产碳化硅开关器件的厂家有关常关型碳化硅结型晶体管事宜，