SiC MOSFET:一种经济、可靠的大功率解决方案

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       碳化硅已被证明是高功率和高电压器件的理想材料。然而,设备的可靠性是极其重要的,我们指的不仅是短期的可靠性,而且是长期的可靠性。性能、成本和可制造性也是其他重要因素,但可靠性和耐用性是碳化硅成功的关键。世界各地有30多家公司已经建立了碳化硅技术,作为生产他们的电力设备的基础。此外,几家领先的电源模块和电源逆变器制造商已经为未来硅基产品的路线图奠定了基础。碳化硅(SiC)MOSFET即将彻底取代硅电源开关;该行业正在要求新的驱动和转换解决方案,以应对不断变化的市场。

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性能和可靠性
       可以通过在SiC电源设备上运行HTGB(高温栅偏压)和HTRB(高温反向偏压)压力测试来评估性能。Littelfuse表现压力测试在1200 v, 80 mΩSiC MOSFET在175°C的温度,与不同价值观的vg和强调设备长达1000小时。结果如图1所示。

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图1:HTRB和HTGB压力测试结果

       尽管取得了良好的结果,但HTGB+测试(VGS=+25V, T=175°C)的持续时间已延长至5500小时,而HTGB-测试(VGS=- 10v, T=175°C)的持续时间已延长至2700小时。即使在这些情况下,也能观察到最小偏差,从而证实了SiC mosfet在这些条件下的性能和可靠性。


       栅极氧化物是碳化硅场效应晶体管的关键元件,因此其可靠性至关重要。栅极氧化物可靠性的评估分为两个部分。第一部分是基于TDDB(时变介质击穿)测试。根据施加在栅极氧化物上的电场(从6 MV/cm到10 MV/cm),器件的寿命变化很大。图2显示了在不同温度下的测试结果。在第二部分中,一个加速栅氧化层寿命试验进行共同的1200 v, 18 mΩ硅MOSFET。两种测试结果的一致性证实了SiC mosfet是可靠的器件,在T=175°C和VGS=25V时,其预期寿命超过100年。

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图2:加速栅氧化层寿命测试结果

短路稳定性
       与碳化硅技术相关的另一个重要方面是短路稳定性。为了检查其碳化硅电源装置的短路稳定性,使用专用测试板测试。电路如图3所示,包括1200 V的80mΩSiC MOSFET(DUT),一个仅出于安全原因使用的IGBT(Q1)和三个电容器。结果如图4所示,根据外加栅极电压(12V、15V、18V或20V),短路耐久时间变化很大。

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图3:短路测试电路

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图4:不同栅极电压下的短路耐久时间

       在最低栅极电压(12V)下获得最长时间(约15秒)。此外,峰值电流与栅电压密切相关,从20V栅电压下的300 A下降到12V栅电压下的130 A左右。即使碳化硅MOSFET的短路耐受时间比IGTBS短,SiC器件也可以通过集成在栅驱动IC中的desat功能来保护。

翻译自power electronics news.

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