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2018.01.28 SiC功率元件

所謂SiC-MOSFET-與Si-MOSFET的區別

何謂SiC-MOSFET

從本文開始,將逐一進行SiC-MOSFET與其他功率電晶體的比較。

本文將介紹與Si-MOSFET的區別。尚未使用過SiC-MOSFET的人,與其詳細研究每個參數,不如先弄清楚驅動方法等與Si-MOSFET有怎樣的區別。在這裡介紹SiC-MOSFET的驅動與Si-MOSFET的比較中應該注意的兩個關鍵要點。

與Si-MOSFET的區別:驅動電壓

SiC-MOSFET與Si-MOSFET相比,由於漂移層電阻低,頻道電阻高,因此具有驅動電壓即閘極-源極間電壓Vgs越高導通電阻越低的特性。下圖表示SiC-MOSFET的導通電阻與Vgs的關係。

導通電阻從Vgs為20V左右開始變化(下降)逐漸減少,接近最小值。一般的IGBT和Si-MOSFET的驅動電壓為Vgs=10~15V,而SiC-MOSFET建議在Vgs=18V前後驅動,以充分獲得低導通電阻。也就是說,兩者的區別之一是驅動電壓要比Si-MOSFET高。與Si-MOSFET進行替換時,還需要探討閘極驅動器電路。

與Si-MOSFET的區別:內部閘極電阻

SiC-MOSFET元件本身(晶片)的內部閘極電阻Rg依賴於柵電極材料的薄層電阻和晶片尺寸。如果是相同設計,則與晶片尺寸成反比,晶片越小閘極電阻越高。同等能力下,SiC-MOSFET的晶片尺寸比Si元件的小,因此閘極電容小,但內部閘極電阻增大。例如,1200V 80mΩ產品(S2301為裸晶片產品)的內部閘極電阻約為6.3Ω。

這不僅局限於SiC-MOSFET,MOSFET的開關時間依賴於外接閘極電阻和上面介紹的內部閘極電阻合在一起的綜合閘極電阻值。SiC-MOSFET的內部閘極電阻比Si-MOSFET大,因此要想實現高速開關,需要使外接閘極電阻儘量小,小到幾Ω左右。

但是,外接閘極電阻還承擔著對抗外加於閘極的突波的任務,因此必須注意與突波保護之間的良好平衡。

重點:

・為使SiC-MOSFET獲得低導通電阻,Vgs需要在18V前後,要比Si-MOSFET高。

・SiC-MOSFET的內部閘極電阻比Si-MOSFET大,因此外接Rg較小,但需要權衡突波保護。

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