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[导读]采用Si基MOSFET和SiC基的JFET,采用共源共栅的方式将其烧结在一起,是United SiC的最大设计特色。这种结构确保其产品可以保持与Si类功率器件保持一致的驱动电压,从而可以帮助可以直接在原有的Si基础的电路中进行直接的升级和替换。而此次最新推出的UF3SC系列SiC器件,更是以小于10mΩ的业界最低Rds(on)将SiC器件的性能提升到了新的高度,面对电动汽车和5G等全新应用需求,United SiC可以给客户提供集成度更高、更加高效、更为稳定可靠的解决方案。

众所周知,SiC功率器件相比传统的Si类器件有着开关损耗小、开关频率高和封装小等诸多优势,因此更适合应用于电动汽车、充电桩和电路保护等多种应用场景中。近日United SiC67194推出了全新的SiC Fet系列产品——UF3SC,首次在业界实现了小于10mΩ的RDS(on)的特性,将SiC功率器件产品的性能推到了新的高度。21ic特此就此全新产品与United SiC亚太区的FAE经理Richard Chen先生进行了深入的沟通。

业界最低 RDS(on)的SiC器件

据Richard先容,United SiC采用了一种简单的结构来实现更好的性能表现,将一个SiC JFET和一个Si基的MOSFET采用共源共栅的方式烧结在一起。SiC JFET在常开状态:正向导通的时候电流首先流经SiC JFET然后通过Si基的MOSFET;在反向导通的时候电流先流经Si基的MOSFET然后通过SiC FET。在阻塞模式时,Si MOSFET处于关闭状态,可以提供20V的电压给SiC JFET,让SiC JFET处于关闭状态,所以SiC JFET可以承受所有的高压,而Si MOSFET就免除了高电压的压力。

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此次推出的UF3SC系列产品,在延续了之前产品的优秀设计的基础上,最大的亮点是将关键的RDS(on)降低到了10mΩ之内。RDS(on)即当MOSFET完全打开时的从源极到漏极的总电阻,这个参数关系到JFET的导通损耗。目前业界650V的SiC器件的RDS(on)最小为17mΩ,而United SiC的UF3SC的导通电阻仅仅为7mΩ;在1200V SiC的这个产品类别里,竞品的最低导通电阻可以达到13mΩ,而UF3SC的导通最小电阻仅为9mΩ。通过将导通电阻的降低,可以将整个的功耗水平降低。

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直接在Si和传统SiC设计中实现替换与升级

United SiC的另一个非常重要的优势就是其具有和传统Si器件一致的驱动电压,因此可以直接在客户即有的平台上进行升级。

如下图所示,传统的Si基的JFET的驱动电压是0~12V,而Si基IGBT的导通电压需要达到15V以上,传统第三代SiC MOSFET的驱动电压则是-4V~15V,只有United SiC的 FET是与传统Si基JFET是保持完全一致的驱动电压范围。所以如果客户需要在传统的Si基础的电路中进行升级,可以直接将其替换为United SiC的器件,而不需要对器件的外围电路进行任何的调整;这将极大地降低客户重新设计的成本。另外,United SiC器件也完全适合在标准的SiC MOSFET的驱动电路中工作,无需额外的电路调整。

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在VGS的额定电压范围方面,Si基的JFET和IGBT具有相同的电压范围是+/-20V,而第三代SiC器的电压范围有限,只能覆盖到-5V~+10V的电压范围。但是United SiC FET的VGS的额定电压范围是+/-25V的电压范围,可以安全覆盖Si基器件的VGS的电压范围。因为United SiC的门是Si基的器件,所以并不会像其他SiC器件一样出现Vth漂移的现象,而且在Gate和Source端之间还有内建的ESD保护二极管。

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United SiC还推出了Super-Junction MOSFET的替换计划,客户可以直接用United SiC的器件来替代传统的Si基的高压超结的器件,实现更低的Vgs的延时和更高的输出能效。带来的最终结果就是可以获得更快的开关频率,并且达到节能的效果;据悉这将是一个每年百万片的庞大市场。

适应未来电动汽车应用

目前SiC最热的应用市场就是电动汽车,据悉United SiC的产品就非常适合应用在高功率EV逆变器的设计中。电动汽车最令人关注的一个参数就是续航里程,如果将逆变器的效率提高、损耗降低,那就可以提升电动汽车整体的续航里程。采用UF3SC系列的器件,可以让逆变器的效率保持在99%以上,提供两倍于IGBT的频率切换。纹波电流的降低需要将纹波拉高,而如果开关损耗过大则将会导致纹波降低,从而影响到纹波电流的降低。

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在高电流充电器的场景中,UF3SC相比传统基于IGBT的系统具有更高的效率。在占空比为50%的100A工作电流的情况下,传导损耗不到普通二极管的一半,可以用在辅助侧二极管的同步整流器来显著减少系统总的损失和热负担。

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固态断路器同样也是电动汽车上一个常见的应用。因为电动汽车本身蕴藏的能量是很大的,所以需要一个断路器来确保整体系统的安全。下图中绿色的表示短路情况时的电流测试,可以看到通道阻抗会从最大变到最小,实现一个断开的保护。这样就直接通过SiC器件实现了一个断路保护的优势。

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最后在60KVA逆变器这一应用领域,传统的模块的方案体积大、成本高、效率低,而现在使用单管的UF3SC的方案就可以直接实现,所以就极大地降低了整体的设计复杂度和bom成本。

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除了以上提及到的与电动汽车相关的应用之外,通讯电源领域也是一个高压高功率的市场,这个市场也是需要更高效率的产品来支撑。而目前在这个市场上,United SiC也已经有了不少的客户在采用这种先进的方案。

 

采用Si基MOSFET和SiC基的JFET,采用共源共栅的方式将其烧结在一起,是United SiC的最大设计特色。这种结构确保其产品可以保持与Si类功率器件保持一致的驱动电压,从而可以帮助可以直接在原有的Si基础的电路中进行直接的升级和替换。而此次最新推出的UF3SC系列SiC器件,更是以小于10mΩ的业界最低Rds(on)将SiC器件的性能提升到了新的高度,面对电动汽车和5G等全新应用需求,United SiC可以给客户提供集成度更高、更加高效、更为稳定可靠的解决方案。

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