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科普知識
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碳化硅

實現98%以上的效率的碳化硅雙極結型晶體管

發布日期:2022-10-09 點擊率:110

【導讀】飛兆推出適合功率轉換系統的碳化硅雙極結型晶體管,可實現98%以上的效率、電流密度和可靠性,更高的開關頻率,在相同尺寸的系統,輸出功率提升40%。電感、電容和散熱片更小,PCB空間減少30~50%,系統總體成本降低20%。


飛兆半導體近日發布了可提高功率轉換系統能效的碳化硅(SiC) 雙極結型晶體管(BJT)。該系列BJT采用TO-247、TO258及裸片封裝。適于工業電機驅動器、幾十kW級DC-DC轉換器、新能源汽車、風能、光伏逆變器及井下作業等應用。

SiC BJT的主要特性包括:

①1200V功率轉換開關,開關、傳導及驅動器損耗低,對于TO-247封裝,25℃下,15A及50A電流時的Ron分別為57mΩ和17mΩ;直流增益>70。

②直接驅動:常關功能降低了風險和復雜度,并減少了限制性能的設計;穩定的基極輸入,對過壓/欠壓峰值不敏感,在較低驅動電壓VBE(SAT)=3.5V下,也可打開;較寬的開關電壓窗口。

③額定工作溫度高:Tj=175℃;由于RON具有正溫度系數,增益具有負溫度系數,因此易于并聯;穩定持久的Vbe正向電壓和反向阻隔能力。漏電流低于10μA。

④開關速度約20ns;開關行為與溫度無關;沒有IGBT拖尾電流。

SiC BJT比Si IGBT有更大技術優勢(見圖1),“這種優勢也將決定今后的市場份額比例。”飛兆亞太區市場營銷副總裁藍建銅指出。5kW升壓電路SiC 器件性能比較如圖2所示。150℃時的電壓與電流特性曲線,25℃和150℃下的開關損耗如圖3所示。

SiC BJT與Si IGBT的比較
圖1:SiC BJT與Si IGBT的比較

SiC BJT與Si IGBT的比較
圖2 5kW升壓電路SiC器件性能比較

150℃時的電壓與電流特性曲線
圖3:150℃時的電壓與電流特性曲線,25℃和150℃下的開關損耗

藍建銅表示,SiC雙極結型晶體管(BJT)系列可實現98%以上的效率、電流密度和可靠性,更高的開關頻率,這是因為傳導和開關損耗較低(30-50%),在相同尺寸的系統,輸出功率提升40%。電感、電容和散熱片更小,PCB空間減少30~50%,系統總體成本降低20%。

另外,飛兆開發的即插即用分立式驅動器電路板(15A和50A)與SiC BJT配合使用時,能夠在減少開關損耗和增強可靠性的基礎上提高開關速度。藍建銅透露,2013年將開發出集成度更高的SiC BJT驅動器芯片。

不過他指出:“由于目前的工藝問題造成良率不高,SiC器件價格比Si材料的IGBT貴10倍左右。市場拐點將出現在2015年,屆時價格有望降到現在的50%。”

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