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英飞凌第二代SiC MOSFET性能解析及设计要点

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发表于 6 小时前 | 显示全部楼层 |阅读模式
  tc387
    在新能源革命与工业数字化的浪潮中,功率半导体作为核心“能量管家”,直接决定着电力转换系统的效率、密度与可靠性。英飞凌作为全球功率器件的领军者,凭借其深耕碳化硅(SiC)领域的技术积淀,推出了CoolSiC™MOSFETG2系列产品,以全方位的性能突破,重新定义了SiCMOSFET的行业标准,为光伏、储能、电动汽车充电等关键领域注入强劲动力。
    相比于G1单管器件仅有650V/1200V两档电压等级,G2系列电压等级更加全面,涵盖400V/650V/750V/1200V/1400V,以及丰富多样的封装形式,包括顶部散热QDPAK、可回流焊TO-247等,以适应AIDC、光储、充电等不同应用领域的需求。G2的导通电阻档位划分更加细腻,例中1200V电压等级单管导通电阻最低可达7mΩ,且提供4mΩ至350mΩ的宽范围产品组合,精准匹配不同功率场景需求。
    芯片创新技术推动极致器件性能演进
    CoolSiC™G2具有卓越的动态及静态性能,这源于英飞凌在芯片结构与封装技术上的双重创新。其采用独特的非对称沟槽栅结构,通过特殊晶面优化实现了极低的界面态密度和氧化层陷阱,最大化提升沟道载流子迁移率,为导通电阻的降低奠定了核心基础。在此基础上,G2进一步缩小元胞尺寸,优化纵向结构及掺杂形貌,最终实现了业界领先的单位面积导通电阻(Rdson*A)。
    英飞凌深知不断优化器件性能的同时,取得鲁棒性、可靠性、易用性上的全面升级才是碳化硅技术创新的方向。碳化硅MOSFET的栅氧化层早期失效一直是制约其可靠性的重要因素。CoolSiC™G2独特的非对称沟槽栅结构,使其能够采用相比平面型器件更厚的栅氧化层,因此能使用更高的筛选电压,既能进行更高效的筛查,又能保证不损坏质量合格的器件,最终出厂的SiC器件与Si器件有类似的失效率。基于已出售的G1SiCMOSFET数据积累,CoolSiC™每百万个器件中的缺陷数量甚至低于Si器件。
    CoolSiC™G2通过优化寄生电容,在四大核心优值系数(FOM)上实现全面突破:Rdson*Qg(驱动损耗)、Rdson*QGD(硬开关损耗)、Rdson*Eoss(轻载损耗)、Rdson*QOSS(软开关损耗)均达到SiC市场顶尖水平。因此G2能够实现超过同类产品的极低器件损耗。
    G2支持过载运行时200℃最大结温,比G1的最高允许结温提升了25℃,有利于过载工况下系统的安全运行。充分利用这一特性,可在以下应用场景中实现输出功率显著提升:UPS中的短路工况,光伏逆变器的低电压穿越,以及充电桩中电网波动引起的高脉冲电流。
    我们基于半桥电路硬开关的电路拓扑,对G2及竞争对手进行实际损耗和温升测试。半桥工电路作于buck模式,低边管使用同步整流进行续流。
    测试结果可以看出G2具有最高的效果99.11%,以及全功率范围内的最低的结温。这是源于G2极低开关损耗与.XT封装工艺带来的极低热阻,在高开关频率应用中具有显著优势,例如组串式光伏逆变器、充电桩有源前端、混合逆变器等应用领域。

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