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如何將第三代 SiC MOSFET 應用于電源設計以獲得更高的性能和效率

2512925 2022-11-24 | pdf | 402.05KB | 次下載 | 免費

資料介紹

工業(yè)電機驅(qū)動器、A??C/DC 和 DC/DC 逆變器/轉(zhuǎn)換器、電池充電器和儲能系統(tǒng)等電源應用一直在不斷追求更高效率、更小尺寸和更高性能。這些苛刻的性能要求已經(jīng)超越了硅 (Si) MOSFET 的能力，并催生了基于碳化硅 (SiC) 的新型晶體管架構(gòu)。工業(yè)電機驅(qū)動器、A??C/DC 和 DC/DC 逆變器/轉(zhuǎn)換器、電池充電器和儲能系統(tǒng)等電源應用一直在不斷追求更高效率、更小尺寸和更高性能。這些苛刻的性能要求已經(jīng)超越了硅 (Si) MOSFET 的能力，并催生了基于碳化硅 (SiC) 的新型晶體管架構(gòu)。雖然這些較新的設備在關鍵性能指標方面提供了顯著優(yōu)勢，但由于各種限制和應用不確定性，設計人員明智地對第一代 SiC 設備保持警惕。第二代設備帶來了改進的規(guī)格以及對設備微妙之處的更好理解。隨著 SiC MOSFET 性能的提高和上市時間壓力的加劇，設計人員使用這些更新的器件來實現(xiàn)產(chǎn)品目標。最近，第三代設備展示了基于 SiC 的功率器件的成熟度。這些設備為用戶提供了跨關鍵參數(shù)的改進，同時還建立在前幾代的設計經(jīng)驗和相關專業(yè)知識的基礎上。雖然這些較新的設備在關鍵性能指標方面提供了顯著優(yōu)勢，但由于各種限制和應用不確定性，設計人員明智地對第一代 SiC 設備保持警惕。第二代設備帶來了改進的規(guī)格以及對設備微妙之處的更好理解。隨著 SiC MOSFET 性能的提高和上市時間壓力的加劇，設計人員使用這些更新的器件來實現(xiàn)產(chǎn)品目標。最近，第三代設備展示了基于 SiC 的功率器件的成熟度。這些設備為用戶提供了跨關鍵參數(shù)的改進，同時還建立在前幾代的設計經(jīng)驗和相關專業(yè)知識的基礎上。在討論第三代 SiC MOSFET 的開發(fā)和遷移之前，本文將 Si 與 SiC 進行了比較。然后介紹了在討論第三代 SiC MOSFET 的開發(fā)和遷移之前，本文將 Si 與 SiC 進行了比較。然后介紹了東芝半導體和存儲公司東芝半導體和存儲公司?（東芝）的真實示例，以展示這些設備如何幫助設計人員在電源系統(tǒng)設計方面取得重大進步。?（東芝）的真實示例，以展示這些設備如何幫助設計人員在電源系統(tǒng)設計方面取得重大進步。硅與 SiC硅與 SiC在過去的幾十年里，硅基 MOSFET 改變了從基本電源和逆變器到電機驅(qū)動的電源系統(tǒng)設計。與絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)（一種功能相似但結(jié)構(gòu)和屬性截然不同的半導體）一起，經(jīng)過開關優(yōu)化的 Si MOSFET 實現(xiàn)了從基于線性拓撲的傳統(tǒng)低效功率轉(zhuǎn)換和管理向效率更高的轉(zhuǎn)變使用開關控制的緊湊方法。在過去的幾十年里，硅基 MOSFET 改變了從基本電源和逆變器到電機驅(qū)動的電源系統(tǒng)設計。與絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)（一種功能相似但結(jié)構(gòu)和屬性截然不同的半導體）一起，經(jīng)過開關優(yōu)化的 Si MOSFET 實現(xiàn)了從基于線性拓撲的傳統(tǒng)低效功率轉(zhuǎn)換和管理向效率更高的轉(zhuǎn)變使用開關控制的緊湊方法。這些設計中的大多數(shù)都使用一種脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 的形式，以在閉環(huán)反饋布置中提供和維持所需的電壓、電流或功率值。隨著硅 MOSFET 使用的增長，對它們的要求也隨之增加。此外，新的效率目標（許多基于監(jiān)管要求）、電動汽車市場和更智能的電機控制、可再生能源的功率轉(zhuǎn)換和相關的儲能系統(tǒng)，都推動這些 MOSFET 做得更多更好。這些設計中的大多數(shù)都使用一種脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 的形式，以在閉環(huán)反饋布置中提供和維持所需的電壓、電流或功率值。隨著硅 MOSFET 使用的增長，對它們的要求也隨之增加。此外，新的效率目標（許多基于監(jiān)管要求）、電動汽車市場和更智能的電機控制、可再生能源的功率轉(zhuǎn)換和相關的儲能系統(tǒng)，都推動這些 MOSFET 做得更多更好。因此，大量的研發(fā)工作提高了硅基 MOSFET 的性能，但研究人員意識到這種努力正在達到收益遞減點。幸運的是，他們在理論上有一個替代方案，該替代方案基于使用 SiC 作為基板而不是單獨使用硅的功率開關設備。因此，大量的研發(fā)工作提高了硅基 MOSFET 的性能，但研究人員意識到這種努力正在達到收益遞減點。幸運的是，他們在理論上有一個替代方案，該替代方案基于使用 SiC 作為基板而不是單獨使用硅的功率開關設備。為什么要使用碳化硅？為什么要使用碳化硅？