Изучение плюсов и минусов полевых транзисторов из карбида кремния (SiC): новый MOSFET от кри
Вот краткий обзор плюсов и минусов полевых транзисторов из карбида кремния с использованием MOSFET C3M0075120K от Cree в качестве эталона.
В этой статье речь идет о полевом транзисторе карбида кремния. Я думаю, что мы все знакомы с кремниевыми полупроводниками, но что это за карбид кремния »// www.electronicproducts.com/Power_Products/Power_Semiconductors/Silicon_carbide_MOSFETs_Superior_switching_technology_for_power_electronics_applications.aspx" target = "_ blank"> Информация от Cree-компании, которая создала первый SiC MOSFET - указывает, что SiC имеет три основных преимущества перед кремнием:
- более высокое критическое поле пробоя
- более высокая теплопроводность
- более широкая запрещенная зона
Более высокое критическое поле пробоя позволяет поддерживать заданный номинальный уровень напряжения при уменьшении толщины устройства, а меньшая толщина означает меньшее сопротивление на выходе. Более высокая теплопроводность соответствует более высокой плотности тока, а более широкая запрещенная зона приводит к снижению тока утечки при высоких температурах. Суть в том, что, если вы используете транзистор для переключения, и вы можете иметь дело с серьезными сильными токами или напряжениями, SiC стоит посмотреть.
Четыре штыря?
Мы привыкли к трехконтактным транзисторам - базе, сборщику, эмиттеру для BJT и затвору, дренажу, источнику для MOSFET. Но быстрый взгляд на таблицу данных для C3M0075120K показывает тревожную дивергенцию от нормы.
Все изображения использовали любезно предоставлены Wolfspeed
Как вы можете видеть, у нас есть два источника терминалов: «источник драйвера» и «источник питания». Источник драйвера, по существу, является опорным терминалом для схемы, управляющей затвором. Если драйвер затвора ссылается на то же заземление, которое принимает ток нагрузки, индуктивность на пути нагрузки-тока может привести к неприятной обратной связи. Если терминал-источник-драйвер используется в качестве эталона для схемы драйвера, отрицательный эффект индуктивности уменьшается (или, возможно, в основном устраняется - я действительно не уверен, насколько эффективен метод).
Недостатки
SiC MOSFETs не кажутся мне особенно распространенными. Это относительно новая технология, поэтому, вероятно, это часть объяснения. Но я не удивлюсь, что некоторые дизайнеры избегают их, потому что они часто не стоят проблем. Преимущества производительности SiC неоспоримы, но каковы недостатки?
Ну, стоимость одна из них, но я больше думаю о сложности схемы. Последний абзац в этой заметке приложения от Wolfspeed («компания кри») дает вам хорошее представление о некоторых проблемах. Тот, который выделяется для меня, - это необходимость в 20-вольтовом приводе с смещением от -2 В до -5 В.
Еще одна интересная деталь связана с запрещенной зоной SiC. Широкая полоса пропускания приводит к высокому прямому напряжению для диодов SiC, и поэтому вы должны быть осторожны, опираясь на диод корпуса в SiC MOSFET, - в случае C3M0075120K падение прямого напряжения составляет около 4 В!
Тем не менее, сосредоточение внимания на негативе здесь несколько ниже. Вы не должны смотреть на устройства SiC, если вы можете выполнить работу со стандартным полевым транзистором или BJT или IGBT. SiC вступает в игру, когда вам действительно нужно максимизировать производительность, и, если вы в этой ситуации, вы, вероятно, готовы справиться с недостатками.
Спекуляции
Следующий график передает текущие возможности C3M0075120K. Мы говорим о серьезном токе здесь.
Поэтому, когда напряжение утечки на источник (V DS) низкое, максимальный ток ограничен сопротивлением на входе, которое составляет около 75 мОм с напряжением затвор-источник (V GS) 15 В. При умеренный V DS, часть может фактически выдерживать 100 А в течение коротких периодов времени.
Это хорошая возможность напомнить себе, что сопротивление на уровне штата зависит от V GS. Если вам нужен низкий R DSon, вам нужно больше напряжения от источника к источнику питания, и даже со стандартными полевыми транзисторами это часто означает какое-то устройство зарядного насоса, так что вы можете увеличить напряжение затвора выше направляющей.
Теоретическое пороговое напряжение для C3M0075120K составляет ~ 2, 5 В, но обратите внимание на то, как приведенный выше график даже не беспокоит V GS ниже 11 В. Дело в том, что если вы хотите низкое сопротивление на входе (и в сильноточных приложениях, вы это делаете), вам нужно пройти выше типичного порогового напряжения.
Температура, температура, температура
В заключение я остановлюсь на одной из моих любимых тем электроники: спецификации в техническом описании ничего не помогут, если ваш транзистор горит. Вам необходимо учитывать соответствующие термические условия и убедиться, что ваше устройство сможет поддерживать приемлемую температуру перехода. И помните, чтобы сойти с ума!
Есть ли у вас опыт работы с SiC-транзисторами? Не стесняйтесь делиться какой-либо полезной информацией в комментариях.