SiC模块的特征 Sic的电路构造

Release time：2023-01-11
author：Ameya360
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　　今天Ameya360电子元器件采购网将带大家了解"SiC模块的特征，Sic的电路构造大“。如果感兴趣的话就一起看下去吧！

        一、SiC模块的特征

       电流功率模块中广泛采用的主要是由Si材料的IGBT和FRD组成的IGBT模块。ROHM在世界上首次开始出售搭载了SiC-MOSFET和SiC-SBD的功率模块。

　　由IGBT的尾电流和FRD的恢复电流引起的较大的开关损耗，通过改用SiC功率模块可以明显减少，因此具有以下效果：

　　开关损耗的降低，可以带来电源效率的改善和散热部件的简化

　　（例：散热片的小型化，水冷/强制风冷的自然风冷化）

　　工作频率的高频化，使周边器件小型化

　　（例：电抗器或电容等的小型化）

　　主要应用于工业机器的电源或光伏发电的功率调节器等。

      二、SiC电路构造

　　现在量产中的SiC功率模块是一种以一个模块构成半桥电路的2in1类型的模块。

　　分为由SiC MOSFET + SiC SBD构成的类型和只由SiC MOSFET构成的类型两种，可根据用途进行选择。

SiC模块的特征 Sic的电路构造

SiC模块的特征 Sic的电路构造


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SiC MOSFET短路特性以及短路保护方法
行业新闻

SiC MOSFET短路特性以及短路保护方法

　　在光伏逆变器、车载充电器及牵引逆变器等应用领域中，由第三代半导体材料碳化硅(SiC)制成的SiC MOSFET正逐步替代由传统硅基(Si)制成的Si IGBT。这是因为碳化硅(SiC)材料相比传统硅(Si)材料具有更优越的物理特性，使得SiC MOSFET在高功率、高频率应用中表现更优，能显著提升设备效率并实现轻量化的系统设计。但SiC MOSFET和Si IGBT的器件特性存在差异——两者在短路故障时的短路耐受能力不同，这对保护电路的响应速度提出了更高要求。　　本文从SiC MOSFET的器件特性出发，分析其与Si IGBT在故障响应上的本质差异的原因，并提出针对性保护策略。最后结合纳芯微自主研发的栅极驱动技术，详细阐述去饱和检测的设计方法。　　1. SiC MOSFET短路特性介绍　　在电力电子的许多应用中，短路故障是常见的工况，这就要求功率器件具备短时耐受能力，即可以在一定的时间内承受短路电流而不发生损坏。Si IGBT 通常的短路能力为5-10μs，而SiC MOSFET的短路耐受时间普遍较短(一般为2μs左右)。　　Si IGBT与SiC MOSFET的短路能力的差异主要体现在以下两方面：　　1)在相同阻断电压和电流额定值的情况下，SiC材料具有较高的临界击穿场强，基于这一特性，SiC MOSFET的芯片面积相较于Si IGBT更小，能实现更高的电流密度，但这也导致发热更为集中。　　2)SiC MOSFET 与Si IGBT的输出特性存在差异。如图1.1所示，IGBT通常情况下在饱和区工作;当发生短路时，集电极电流IC迅速增加，从饱和区急剧转为线性区，且集电极电流不受VCE电压的影响，因此短路电流以及功耗增加会受到限制。而对于SiC MOSFET，如图1.2所示，它在正常工作期间处于欧姆区;当发生短路时，从欧姆区进入饱和区的拐点并不显著，且饱和区电流随VDE电压升高而增大，导致器件的电流以及功耗增加不受限制。因此SiC MOSFET的短路保护设计尤为重要。　　IGBT输出特性曲线：　　SiC MOSFET输出特性曲线：　　2. SiC MOSFET短路保护方法　　短路保护对于保证系统稳健运行以及充分发挥器件性能非常重要，合格的短路保护措施不仅能够快速响应并关断器件，还能有效避免误触发情况的发生。常见的短路保护方式分为电压检测和电流检测两种类型：电流检测通常借助分流电阻或者SenseFET的方式;电压检测采用退饱和保护，也就是DESAT保护。以下是对这三种短路保护方法的介绍，并阐明了各自的优缺点。　　2.1.分流电阻检测　　下图显示了一种常见的电流检测方案，在电源回路的MOSFET源极串联一个检测电阻ROC，当电流流过电阻ROC会产生一个电压VOC，如果检测得到的电压大于逻辑门电路的阈值电压VOCTH，则会产生一个短路信号OC Fault，与此同时驱动器关闭OUT输出。　　分流电阻检测电流的方案简单明了、易于理解，具备出色的通用性，可以在任何系统中灵活应用。为了保证检测信号的精准度，需要选择高精度电阻以及快速响应的ADC电路;同时为了防止保护信号误触发，需要在比较器前加入适当的滤波电路。该方案可以采用电阻电容以及比较器的分立元器件搭建实现，也可以选择集成OC保护功能的驱动IC芯片。　　针对PFC电路，可对电流检测电阻的位置进行调整，下图展示了一种负压阈值过流检测的方法。以Boost-PFC这类电路结构为例，在功率的返回路径中，电流检测电阻ROC检测得到的电压为负电压，当检测电压小于设置的阈值电压VOCTH时，保护信号将被触发，此时驱动器输出引脚会输出关断信号。　　这种方案的缺点在于电阻带来额外的功率损耗，在大功率系统中，大电流流过检测电阻会产生较大的功率损耗;而在小功率系统中，则需要更大的电阻来保持检测信号的准确性，这同样也会影响系统效率。同时，如图2.1所示的方案，检测电阻带来的压降对功率器件的栅-源极电压造成影响，此外，图2.2所示的方案还存在拓扑的局限性。　　2.2.带电流检测的功率器件　　如下图，有一种带Sense功能的功率器件，其中，SenseFET集成在功率模块内，与主器件并联。通过使用高精度的分流电阻，可对SenseFET的电流进行监测，如此一来，检测到的电流与器件电流同步。　　集成在功率模块内部的SenseFET，因寄生电感小，受到噪声的影响小。但是带SenseFET的电源模块存在明显劣势：一方面，其成本较高，会增加系统整体成本;另一方面，市场上这类器件的种类较少，可替代性较低。　　2.3.退饱和检测　　2.3.1.DESAT功能介绍　　退饱和检测的本质是电压检测，当器件发生短路时，器件漏极和源极两端的电压会异常升高，因此可以通过比较器件正常导通时和短路时的漏源极电压作为短路判断的依据。　　当器件开通且正常工作时，SiC器件两端的电压可能在1V左右，芯片内部集成的电流源IDESAT通过DESAT引脚，流经电阻RDESAT和高压二极管DDESAT至MOSFET的漏极，此时电容CBLANK两端的电压为SiC MOSFET漏源极压降、高压二极管DDESAT两端压降和电阻RDESAT两端压降之和。　　当短路发生时，SiC MOSFET的漏源极电压迅速上升，高压二极管DDESAT反偏，内部电流源IDESAT通过DESAT引脚给外部电容CBLANK充电;当电容CBLANK两端电压超过内部比较器的阈值电压VT(DESAT)，就会触发短路保护。
2025-04-07 14:51 reading：294
为什么要选择SiC SiC与GaN比较
行业新闻

为什么要选择SiC SiC与GaN比较

　　一、为什么要选择SiC？　　为了证明您选择 SiC 作为开关模式设计的首选功率半导体是正确的，请考虑以下突出的特性。与标准或超级结 MOSFET 甚至 IGBT 相比，SiC 器件可以在更高的电压、更高的频率和更高的温度下运行。其他器件的大部分功率损耗在 SiC 器件中是不存在的，因此 SiC 器件在大多数应用中的效率可以达到 90% 以上。最初，SiC 器件比其他 MOSFET 或 IGBT 更昂贵。如今，SiC 器件的价格已大幅下降，使其成为一种颇有吸引力的替代方案。　　二、SiC与GaN比较　　SiC 和 GaN 器件均属于宽带隙 (WBG) 类别的器件，这些器件正在稳步取代标准 Si MOSFET。它们可以在更高的频率下工作，因此 GaN 器件在 RF 功率应用中得到更广泛的应用。SiC 器件一般能够承受比 GaN 器件更高的电压、电流和功率。SiC 器件开关速度更快，效率更高，因此适合开关模式电源应用。另外，SiC MOSFET 包含一个体二极管。
2023-01-29 13:44 reading：2311
SiC-MOSFET的特征有哪些
行业新闻

SiC-MOSFET的特征有哪些

　　目前SiC-MOSFET有用的范围是耐压600V以上、特别是1kV以上。今天Ameya360电子元器件采购网将为您带来介绍！关于优势，现将1kV以上的产品与当前主流的Si-IGBT来比较一下看看。相对于IGBT，SiC-MOSFET降低了开关关断时的损耗，实现了高频率工作，有助于应用的小型化。相对于同等耐压的SJ-MOSFET（超级结MOSFET），导通电阻较小，可减少相同导通电阻的芯片面积，并显著降低恢复损耗。　　下表是600V～2000V耐压的功率元器件的特征汇总。　　雷达图的RonA为单位面积的导通电阻（表示传导时损耗的参数），BV为元器件耐压，Err为恢复损耗，Eoff为关断开关的损耗。SiC已经很完美，在目前情况的比较中绝非高估。
2022-12-28 15:51 reading：2358
日厂大规模扩产SiC晶圆料,12寸wafer报价恐飙至1000美元
行业新闻

日厂大规模扩产SiC晶圆料,12寸wafer报价恐飙至1000美元

集成电路制造用半导体硅晶圆面临十年来的“超级周期”效应持续扩散，卖方市场加速好转已赚的盆满钵满，买方未来要先付订金，才能巩固产能并锁定价格。包括4、6、8、12寸wafer订单能见度一路由下半年、明年延伸到后年，12寸wafer报价恐飙至1000美元，生产周期已从先前的3个月拉长至6个月，带动电源控制芯片用SiC外延晶圆料也供不应求，日厂昭和电工发布公告将提前进行大规模扩产。 有钱没货，12寸wafer报价恐飙至1000美元 自去年开始传出硅晶圆缺货涨价热潮后，由于逻辑IC、离散组件等半导体产品在4～6寸、8寸及12寸产品有局部的替代性，造成这一波硅晶圆供需吃紧的状况由12寸往6寸蔓延，只要12寸硅晶圆缺货涨价的情况持续，预料整个半导体硅晶圆供应链在未来一段时间，都将雨露均沾。 除了中国半导体厂大扩产能带动需求外，ASIC、指纹识别、物联网、车用电子等多方需求成长，带动各大尺寸硅晶圆需求强劲。基本上，12寸硅晶圆供不过求的情况，要在短期内获得纾解并不容易，除了硅晶圆建厂成本高外，过去8年，全球主要硅晶圆厂都亏怕了，业者扩产普遍保守的情况下，更让这波硅晶圆供不应求时程大为拉长。 因为生产硅晶圆的技术门坎高，特别是尺寸愈大的硅晶圆，不管在硅纯度及产品平坦度的要求严格，新进入者技术门坎高，而即便有6寸、8寸生产线实际练兵的业者，有较高的机率跨足，但也非短期能见成效，Sumco预估，最快明年第二季才有新产能释出，且新产能增加的速度将非常缓慢。 此外，大尺寸硅晶圆在取得客户认证上的难度高，因此，一般半导体厂不太可能冒产品出错的风险去认证既有前五大以外的新供货商，而即便半导体厂愿意认证新供货商，新厂房的认证期，也得要2～3年才能完成，这些门坎，都让这一波硅晶圆价格上涨可望走得扎实且长。 最缺的12寸硅晶圆，涨幅自然最大，今年逐季调整售价后，一般预估，今年平均涨幅可达2成以上水平，明年售价预估将至少会再上涨1～2成，而和12寸有局部替代性的8寸硅晶圆，今年平均涨幅预估可达1成，业者预估，明年也至少会有再上涨5～10％的水平。 业界对于2018年全年缺货有高度共识，在此一情况下，硅晶圆厂为了优先满足大客户需求，已通知客户若可先预付订金，就可先巩固产能及锁定出货价格。第3季平均价格来到70美元左右，第4季12寸则达到80美元，明年第1季供给端将出现将近10%的缺口，报价可能狂飙至100美元。 SiC晶圆料满载，日厂抛出大规模扩产计划 日本材料大厂昭和电工(Showa Denko)9月14日发布消息宣布，将增产作为电源控制芯片材料的“碳化硅(SiC)外延晶圆(Epitaxial Wafer)”，目标在2018年4月将其月产能自现行的3000片提高约7成至5000片，扩产幅度暴增7成。昭和电工指出，此次增产对象为SiC外延晶圆中的高质量产品“High-Grade Epitaxial(HGE)”。HGE的缺陷密度压低至0.1个/cm2以下水平、当前产线持续处于满载状态。 昭和电工指出，因近年来SiC外延晶圆持续获得铁道车辆、电动车用急速充电站采用，故预估2020年其市场规模将扩大至12亿元人民币。 日刊工业新闻15日报导，昭和电工上述SiC外延晶圆增产计划较原先规划的时间提前半年，而昭和电工目标是在2025年将全球市占率自现行的2成扩大至3成的水平。 据报导，2016年全球SiC外延晶圆市场规模约6亿元人民币、2025年预估将扩大至35.5亿元人民币。受此消息刺激，昭和电工股价飙涨，创约9年3个月来(2008年6月6日以来)新高纪录
2017-09-18 00:00 reading：1959
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