Sebagai bahan semikonduktor generasi ketiga, SiC mempunyai prestasi yang lebih baik berbanding bahan berasaskan Si dalam semua aspek. Berbanding dengan peranti kuasa tradisional yang berasaskan bahan semikonduktor Si, peranti kuasa SiC yang baru muncul mempunyai kelebihan kelajuan pensuisan yang pantas, voltan sekatan yang tinggi dan keupayaan kerja suhu tinggi yang kuat, dan dapat memenuhi keperluan pembangunan teknologi elektronik kuasa masa hadapan dengan lebih baik.
Shanghai Zhanxin Electronics Selepas tiga tahun penyelidikan dan pembangunan yang mendalam serta kerja keras, ia telah menjadi syarikat pertama di China yang menguasai proses MOSFET dan SBD SiC 6-inci, serta cip pemacu MOSFET SiC. Artikel ini menerangkan kebolehpercayaan dan aplikasi peranti kuasa SiC Zhanxin Electronics, supaya pengguna boleh yakin sebelum digunakan dan bimbang semasa penggunaan, sekali gus menghasilkan produk yang lebih baik.  
  1. Adakah MOSFET SiC Shanghai Zhanxin Electronics mempunyai data tentang had tegasan voltan positif dan negatif?  
Spesifikasi voltan get MOSFET SiC Zhanxin Electronics (+20V/-5V) diperakui sepenuhnya mengikut JEDEC, memastikan jangka hayat produk tidak kurang daripada 10 tahun pada suhu bilik. Bagi aplikasi yang melebihi spesifikasi voltan get, terdapat dua pertimbangan utama.  
Pertama, model jangka hayat get itu sendiri ditentukan terutamanya oleh model TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) SiO2. Terdapat sejumlah besar data yang menunjukkan bahawa kualiti lapisan dielektrik SiO2 yang ditumbuhkan pada SiC adalah sama baiknya dengan SiO2 yang ditumbuhkan pada Si. Oleh itu, dari perspektif TDDB, voltan yang lebih tinggi yang boleh ditahan oleh dielektrik get 20V dan model jangka hayat pada voltan ini adalah serupa dengan Si. MOSFET dan IGBT adalah sama; Zhanxin Electronics menggunakan MOSFET SiC Zhanxin sendiri untuk menetapkan model jangka hayat proses dan peranti dielektrik get SiO2.  
Kedua, perbezaan dan cabaran terbesar antara produk SiC MOSFET dan Si MOS (MOSFET dan IGBT) ialah Ketidakstabilan PBTI (Ketidakstabilan Suhu Bias Positif) dan NBTI (Suhu Bias Negatif) (ketidakstabilan suhu bias negatif), Vth peranti akan meningkat selepas menambah bias positif, dan Vth peranti akan berkurangan selepas menambah bias negatif; di bawah syarat pensijilan JEDEC, jangka hayat peranti boleh dijamin dengan beroperasi dalam spesifikasi voltan get; untuk model jangka hayat aplikasi yang melebihi spesifikasi voltan get, Zhanxin Electronics sedang membina peralatan dan melakukan perancangan dan penyelidikan terperinci; secara amnya, selagi voltan get positif tidak melebihi 25V dan voltan get negatif tidak jatuh di bawah -10V, denyutan DutyCycle yang agak kecil tidak akan menyebabkan kerosakan yang tidak boleh dipulihkan pada prestasi peranti. Hubungan kuantitatif khusus dan model jangka hayat akan diberikan pada akhir pusingan pertama penyelidikan.  
  2. Bagaimanakah Shanghai Zhanxin Electronics menyelesaikan masalah mewujudkan voltan pemacu negatif dalam aplikasi MOSFET SiC? Adakah pendekatan ini boleh dipercayai?  
Zhanxin Electronics telah membangunkan pemacu 35V/4A pertama dalam industri IVCR1401D/IVCR1401DP dalam pakej 8-pin dengan pemacu voltan negatif bersepadu. Selepas pemacu bermula, output NEG ditarik ke GND, dan sumber arus dalaman dengan cepat mengecas kapasitor voltan negatif. Selepas voltan negatif diwujudkan, pin NEG dilepaskan, dan pengatur voltan negatif dalaman boleh melaraskan voltan negatif kepada -3.5V untuk operasi biasa. Selepas itu, isyarat pemacu get NEG bertukar antara (VCC-3.5V) dan -3.5. Rajah di bawah menunjukkan proses penubuhan voltan negatif kapasitor voltan negatif. Ia mengambil masa kira-kira 28us untuk mengecas kapasitor 1uF. Kapasitor X7R dengan lebih daripada 100 kali ganda kapasitans Cg harus digunakan untuk mengurangkan riak pada kapasitor voltan negatif, supaya voltan negatif dapat diwujudkan dan dipacu dengan andal dan stabil. Litar sistem ujian penuaan syarikat kami telah disahkan menggunakan cip ini. Ia boleh memacu MOSFET SiC di bawah keadaan operasi 1000V/20A/125℃. Selepas operasi berterusan selama 1000 jam, ia masih boleh dipacu dengan stabil dan andal.  
    Rajah 1      3. Bagaimanakah Shanghai Zhanxin Electronics menyelesaikan masalah lonjakan voltan negatif dalam aplikasi SiC MOSFET? Apakah mekanisme penjanaan lonjakan tekanan negatif? Apakah cara-cara untuk menanganinya?  
MOSFET SiC mempunyai kelajuan pensuisan yang lebih pantas berbanding peranti kuasa Si tradisional. Walau bagaimanapun, proses sementara yang pantas ini akan menjadikan prestasi pensuisan MOSFET SiC lebih sensitif terhadap parameter parasit gelung, terutamanya yang tercermin dalam bentuk gelombang pemacu. Rajah di bawah menunjukkan lonjakan voltan yang dihasilkan oleh kesan Miller. Dalam SiC Dalam aplikasi separuh jambatan MOSFET, tiub bawah kekal terputus. Apabila tiub atas dimatikan, dv/dt yang lebih besar akan dijana. Disebabkan oleh induktans parasit dalam gelung kuasa dan gelung pemacu, arus Miller yang lebih besar akan dijana. Arus ini akan menjana penurunan voltan pada perintang pemacu RG, mengakibatkan VGS. Lonjakan negatif muncul pada bentuk gelombang; begitu juga, apabila tiub atas dihidupkan, dv/dt yang lebih besar juga akan dijana. Disebabkan oleh induktans parasit yang terdapat dalam gelung, arus Miller yang lebih besar juga akan dijana. Arus ini akan menjana penurunan voltan pada perintang pemacu RG, mengakibatkan lonjakan positif muncul pada bentuk gelombang VGS.     Rajah 2  
  Untuk mengurangkan lonjakan tekanan negatif pemacu, terdapat beberapa cadangan:  
1) Sambungkan MOS berturut-turut (model yang disyorkan: QS5K2TR) secara selari dengan perintang pemacu RG untuk mengurangkan penurunan voltan yang disebabkan oleh kesan Miller pada RG, sekali gus mengurangkan voltan puncak Miller, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah S1, S2;
  Rajah 3 2) Letakkan cip pemacu sedekat mungkin dengan pintu gerbang MOSFET SiC untuk mengurangkan induktans parasit dalam gelung pemacu sebanyak mungkin; 3) Minimumkan luas gelung kuasa dalam susun atur, dan minimumkan induktans sumber biasa dalam gelung kuasa dan gelung pemacu; 4) Apabila keadaan mengizinkan, gunakan MOSFET SiC yang dibungkus TO247-4, dan gunakan pemacu Kelvin sebanyak mungkin untuk mengurangkan induktans parasit yang disebabkan oleh pin peranti.  
  4. Bagaimanakah Shanghai Zhanxin Electronics menyelesaikan masalah ayunan pensuisan dalam aplikasi SiC MOSFET?  
Perkara paling kritikal tentang masalah ayunan MOSFET SiC adalah untuk menyelesaikan masalah ayunan litar pemacu terlebih dahulu dan mencegah ayunan yang disebabkan oleh ayunan isyarat pemacu. Untuk menyelesaikan masalah ayunan gelung pemacu, cip pemacu perlu diletakkan sedekat mungkin dengan get MOSFET SiC untuk mengurangkan induktans parasit dan ayunan sebanyak mungkin. Terdapat dua gambar di bawah. Gambar atas menunjukkan bentuk gelombang ujian apabila cip pemacu berada jauh dari SiCMOSFET, dan gambar bawah menunjukkan bentuk gelombang ujian apabila ia lebih dekat. Bentuk gelombang biru langit dalam dua rajah ialah bentuk gelombang Vgs, dan kuning ialah bentuk gelombang Vds. Dalam gambar kiri, puncak Miller setinggi 19.2V, manakala dalam gambar kanan, puncak Miller hanya 4.6V. Sebab utama penambahbaikan yang begitu besar ialah IC pemacu agak dekat dengan MOSFET SiC.  
    Rajah 4  
Seterusnya, kami akan menerangkan beberapa perkara yang perlu diberi perhatian tentang susun atur MOSFET SiC. Susun atur yang baik akan membantu mengurangkan ayunan. Pertama, IC pemacu hendaklah sedekat mungkin dengan MOSFET SiC untuk memastikan kawasan litar pemacu sekecil mungkin. Kedua, ayunan frekuensi tinggi disebabkan oleh ayunan antara PCB dan induktans sesat dan kapasitans sesat (terutamanya Coss) MOSFET. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, garis putus-putus merah ialah kawasan gelung kuasa, dan garis putus-putus hijau ialah kawasan gelung pemacu. Semakin kecil kawasan ini, semakin kecil ayunan apabila MOSFET SiC bertukar.  
    Rajah 5   5. Apakah persamaan dan perbezaan antara pemacu MOSFET SiC dan pemacu Si IGBT? Bolehkah MOSFET SiC dipacu menggunakan kaedah papan pemacu pasang masuk IGBT?  
Tidak boleh digunakan. Oleh kerana papan pemacu digunakan, induktans parasit litar pemacu agak besar, yang memerlukan perintang pemacu yang lebih besar untuk redaman, yang seterusnya menyebabkan kelajuan pensuisan menjadi perlahan dan kerugian meningkat. Jika perintang pemacu yang lebih besar tidak digunakan untuk redaman, bentuk gelombang Vgs akan menyebabkan ayunan yang agak besar, yang akan menyebabkan ayunan Vds, sekali gus meningkatkan kerugian pensuisan. Di samping itu, induktans parasit yang agak besar itu sendiri meningkatkan impedans litar pemacu, dan keupayaan anti-Miller litar pemacu menjadi lemah, mengakibatkan kelajuan pensuisan yang lebih perlahan dan peningkatan kerugian.  
  6. Apakah yang perlu kita perhatikan semasa menyambungkan MOSFET SiC secara selari?  
Untuk memastikan litar pemacu setiap MOSFET SiC dan litar kuasa utama adalah sesimetri mungkin, jarak dari output cip pemacu ke get setiap MOSFET SiC dikehendaki sama. MOSFET memerlukan Rg berasingan untuk meningkatkan ketekalan. Jika MOSFET selari berkongsi perintang pemacu, MOSFET dengan voltan ambang terkecil akan dihidupkan terlebih dahulu, dan Vg MOSFET lain akan diapit pada voltan ambang, mengakibatkan hanya MOSFET dengan voltan ambang terkecil dihidupkan, dan semua tiub lain tidak dihidupkan. Perkara yang sama berlaku untuk proses pemadaman. MOSFET dengan voltan ambang tertinggi dimatikan terlebih dahulu, dan voltan diapit pada voltan ambang sehingga MOSFET melengkapkan proses pemadaman. Dapat dilihat bahawa menggunakan satu perintang pemacu untuk memacu semua MOSFET akan menyebabkan aliran arus dinamik yang tidak sekata yang agak besar pada saat pensuisan. Untuk tujuan ini, Rg berasingan perlu dikonfigurasikan untuk setiap MOSFET, supaya Vg setiap MOSFET diasingkan dan perkongsian arus dinamik dipertingkatkan. Ciri-ciri perkongsian arus statik terutamanya dicapai melalui ketekalan parameter MOSFET itu sendiri. MOSFET dengan parameter yang konsisten perlu dipilih dengan teliti untuk sambungan selari langsung.
 
    Rajah 6  
  8. Berapakah induktans parasit SiC MOSFET TO247-4 yang jauh lebih baik berbanding TO247-3? Adakah terdapat sebarang parameter khusus?  
Menurut data yang diterbitkan oleh CREE, kehilangan pensuisan pakej TO247-4 hanya 30% daripada kehilangan pensuisan pakej TO247-3 (600V/40A). Dapat dilihat bahawa kelebihan pembungkusan TO247-4 sangat jelas.  
    Rajah 7  
Induktor Sumber sepunya dalaman di dalam pakej TO247-3 akan memperlahankan kelajuan hidup dan mati MOSFET, sekali gus meningkatkan kehilangan pensuisan. Walau bagaimanapun, TO247-4 mempunyai wayar Sumber berasingan untuk pemacu, sekali gus memintas induktor Sumber sepunya dalaman dan mengelakkan kesan induktor Sumber sepunya dalaman pada proses pensuisan, sekali gus mencapai tujuan untuk mengurangkan kehilangan pensuisan. Pertama, mari kita lihat proses hidup. Dalam eksperimen denyut berganda biasa, ia dicapai dengan menghidupkan dan mematikan tiub atas. Kami terutamanya memberi tumpuan kepada gelung Vgs tiub atas. Apabila tiub atas dihidupkan, Id Q1 meningkat, kemudian voltan yang disebabkan oleh L_SL adalah positif ke atas dan negatif ke bawah, dan voltannya mempunyai kekutuban yang sama seperti voltan pemacu luaran (voltan positif), yang menyebabkan voltan Vgs pada MOSFET-Die dalaman berkurangan, sekali gus memperlahankan proses hidup MOSFET.  
    Rajah 8  
Seterusnya, mari kita lihat proses pemadaman tiub atas. Q1 terpadam, menyebabkan Id berkurangan. Voltan yang disebabkan oleh L_SL adalah negatif di bahagian atas dan positif di bahagian bawah. Voltan ini mempunyai kekutuban yang bertentangan dengan voltan pemacu luaran (voltan negatif atau voltan sifar), yang akan mengurangkan voltan Vgs pada MOSFET-Die dalaman sebenar semasa proses pemadaman. Jika voltan pada L_SL cukup besar, ia juga boleh menyebabkan voltan pada MOSFET-Die dalaman berubah daripada negatif kepada positif, yang membawa kepada silap menghidupkan! Jadi L_SL akan menyebabkan proses pemadaman menjadi perlahan, sekali gus meningkatkan kehilangan pemadaman.  
    Rajah 9  
Rajah di bawah menggunakan pakej TO247-4. Oleh kerana terdapat petunjuk Kelvin-Source yang berasingan, voltan teraruh pada L_SL tidak boleh menjejaskan litar pemacu, sekali gus meningkatkan kelajuan pensuisan dan mengurangkan kerugian pensuisan.  
   

Rajah 10

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "INSEMI". Artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi penulis dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ia hanya untuk cetakan semula dan perkongsian bagi menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan penulis untuk cetakan semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Nombor telefon syarikat: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
SQ: 3518641314 Pengurus Li

QQ: 332496225 Pengurus Qiu

Alamat: Bilik 809, Bangunan C, Bangunan Teknologi Zhantao, No. 1079 Minzhi Avenue, Daerah Baharu Longhua, Shenzhen