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公司介绍
电力电子器件高度依赖于硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)等半导体材料。虽然硅一直是传统的选择,但碳化硅器件凭借其优异的性能与可靠性而越来越受欢迎。相较于硅,碳化硅具备多项技术优势(图1),这使其在电动汽车、数据中心,以及直流快充、储能系统和光伏逆变器等能源基础设施领域崭露头角,成为众多应用中的新兴首选技术。
众多终端产品制造商已选择碳化硅技术替代传统硅技术,基于双极结型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等器件开发电源系统。这些器件因各自特性(优缺点不同)而被应用于不同场景。
然而,安森美(onsemi)的EliteSiC 共源共栅结型场效应晶体管(Cascode JFET)器件(图2)将这一技术推向了新高度。该器件基于独特的"共源共栅(Cascode)"电路配置——将常开型碳化硅JFET器件与硅MOSFET共同封装,形成一个集成化的常闭型碳化硅FET器件。我们的碳化硅Cascode JFET能够轻松、灵活地替代IGBT、超结MOSFET以及碳化硅MOSFET等任何器件类型(图3)。
在本篇博客中,我们将深入探讨安森美EliteSiC Cascode JFET相较于同类碳化硅MOSFET的技术优势。
碳化硅Cascode JFET: 无缝升级替代硅基方案,卓越性能全面释放
这些优势也体现在安森美 EliteSiC Cascode JFET 的性能中,这是一种更新且功能更强大的器件,针对多种功率应用进行了优化。
首先,碳化硅Cascode JFET 的结构允许使用标准硅基栅极驱动器。 这简化了从硅基到碳化硅设计的过渡,提供了更大的设计灵活性。它们与各种类型的栅极驱动器兼容,包括为 IGBT、硅超结 MOSFET 和 碳化硅MOSFET 设计的驱动器。
其他优势
让我们花一点时间来更深入地了解SiC MOSFET 与 安森美SiC JFET 技术之间的差异。 从下面的图 3 中我们可以看到,SiCMOSFET 技术不同于安森美的集成式SiCCascode JFET——这是精心设计的结果。安森美设计的SiCJFET去掉了碳化硅MOSFET 的栅极氧化层,这不仅消除了沟道电阻,还让裸片尺寸更为紧凑。
安森美碳化硅 JFET 较小的裸片尺寸成为其差异化优势的一个关键所在,"RDS(ON) x A"(RdsA)品质因数 (FOM) 得以最佳体现,如图 4 所示。这意味着对于给定的芯片尺寸,SiCJFET 具有更低的导通电阻额定值,或者换言之,在相同的 RDS(ON) 下,安森美SiC JFET 的裸片尺寸更小。安森美在 RdsA FOM 方面的卓越表现树立了行业领先地位,体现在以相对较小的行业标准封装(如 TOLL 和 D2PAK)提供的超低额定电阻产品。
与SiCMOSFET 相比,EliteSiC Cascode JFET 具有更低的输出电容 Coss。输出电容较低的器件在低负载电流下开关速度更快,电容充电延迟时间更短。这意味着,由于减少了对电感器和电容器等大体积无源元件的需求,现在可以制造出更小、更轻、成本更低且功率密度更高的终端设备。
以下是关于SiCMOSFET的其他挑战:
然而,使用安森美的SiCJFET,上述缺陷得以根本解决,因为:
尽管市场上可供选择的SiC功率半导体种类繁多,但在某些特定应用中,一些器件的表现确实比其他器件更为出色。安森美的集成式SiC Cascode JFET 便是其中的佼佼者,因其低 RDS(ON)、低输出电容和高可靠性等独特优势,能够提供卓越的性能。此外,碳化硅 Cascode JFET架构使用标准硅基栅极驱动器,简化了从硅到碳化硅的过渡过程,可在现有设计中实施。 因此,它为从硅到碳化硅的过渡提供了灵活性--实施简单,同时得益于SiC技术而提供卓越的性能。
这些优点帮助安森美的SiCCascode JFET 技术在其他技术无法企及的领域大放异彩。 碳化硅JFET 的增强性能使其在用于人工智能数据中心、储能和直流快充等 AC-DC 电源单元中实现更高的效率。随着对更高功率密度和更紧凑外形需求的增加,安森美SiCCascode JFET 能够实现更小、更轻和更低成本的终端设备。由于减少了对电感器和电容器等大体积无源元件的需求,有助于实现更高的功率密度。
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