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UnitedSiC第四代技术提供TO247-4L封装

2022-06-06 09:33:00

UnitedSiC（现名Qorvo）扩充了其1200V产品系列，将其突破性的第四代SiC FET技术推广到电压更高的应用中。新UF4C/SC系列中的六款新产品的规格从23毫欧到70毫欧，现以TO247-4L（采用开尔文连接）封装提供，而1200V的53毫欧和70毫欧SiC FET还以TO247-3L封装提供。这些新发布的SiC FET具有不凡的性能，是不断成长的电动车市场向着800V母线车载充电器（OBC）和直流转换器迈进过程中的理想选择。与前几代一样，新FET也非常适合工业电池充电器、工业电源、光伏转换器、不间断电源和各种其他功率转换应用。

【图1 按RDS（On）划分的新1200V第四代UnitedSiC FET产品与现有1200V第三代系列）】

这些新零件采用先进的垂直沟槽器件结构，实现了世界一流的导通电阻与面积乘积（ROnx A），从而具备了业界一流的品质因数（FoM），包括非常低的RDS（on）x面积、非常低的RDS（on） x Eoss、RDS（on） x Coss，（tr）和RDS（on） x Qg。与第四代产品组合的其余产品一样，新的1200V FET可以用0-12V或0-15V栅极驱动电压轻松驱动。由于有+/-20V的VGS，Max和高阈值电压（4.8V），这些SiC FET能实现大量栅极电压设计和噪音裕度，并与Si或SiC栅极驱动电压兼容。1200V FET具备出色的体二极管、出众的正向电压（通常为1.0-1.5V）和很低的反向恢复电荷（Qrr）。

为了充分利用特定导通电阻超低的优势，新的1200V SiC FET采用先进的银烧结晶粒连接工艺，实现出色的热性能。这些器件在出色的热电阻Rth， j-c的支持下维持了良好的功率处理能力，同时实现了晶粒缩小，并降低了电容和开关损耗。热电阻改善的好处在图2中体现，该图说明了第四代1200V SiC FET的晶粒体积与竞争性技术的比较情况，以及其热阻与同等级其他FET相比低了26%-60%。

【图2 在采用先进的银烧结技术后，新1200V第四代SiC FET的结到壳热性能与竞争性1200V FET的比较】

图3显示了归一化至新第四代1200V SiC FET时，功率处理的品质因数（Rth，j-c）、硬开关品质因数（RDS（on） x Eoss）以及软开关的品质因数（RDS（on）x Coss，（tr））和RDS（on）x Qg。雷达图中的较低值反映了各个参数的出色表现。从图中可以看出，在25oC和升高后的温度（125oC）下，在硬开关电路（即有源前端等）和软开关电路（即隔离的直流转换器等）中，1200V第四代SiC FET都具有不受影响的性能优势。与上一代SiC FET相比，新器件在给定晶粒面积下的RDS（on）最多可降低40%，25oC的RDS（on）x Eoss可降低37%，25oC的RDS（on） x Coss，（tr）可降低54%。

【图3 新1200V第四代SiC FET的品质因数与竞争性1200V FET的比较】

UnitedSiC（现名Qorvo）免费在线设计计算工具FET-Jet Calculator™中提供了6款新1200V SiC FET，该工具可用于评估器件损耗、转换器效率和升温，以及找到最佳驱动条件。使用FET-Jet Calculator工具时可以明显看出，新23毫欧（UF4SC120023K4S）和30毫欧（UF4SC120030K4S）FET是800V总线车载充电器（OBC）应用的有源前端的出色选项。在图4所示的11kW OBC前端设计示例中，新的UF4SC120030K4S能够降低损耗（降至每个FET 37W），实现98%的出色半导体效率并在更低温度（Tj=115oC）下运行，并同时减小晶粒体积。图示设计假设硬开关频率为150kHz，散热温度THS=80oC，从而支持用户获得出色的功率密度。

【图4 采用了新第四代UF4SC120030K4S SiC FET的11kW OBC前端设计示例】

新1200V SiC FET系列还为OBC的隔离直流转换器级提供了出色的选择。在这些高频软开关拓扑中，第四代FET的低导电损耗、低二极管正向压降、低驱动器损耗（低Vg，低Qg）和低RDS（on） x Coss，（tr）都很理想。图5展示了一个11kW，800V全桥CLLC设计示例，在每个初级侧开关位置都采用了1200V SiC FET。假设运行频率为200kHz，散热温度仍为THS=80oC。使用FET-Jet Calculator™预测的性能摘要表显示了新第四代1200V SiC FET的优势。在相似的晶粒体积下，UF4C120053K4S/K3S的损耗更低，有出色的半导体效率（99.5%），且运行温度较低（Tj 《 100oC）。经济实惠的UF4C120070K4S/K3S也是具有吸引力的高性价比解决方案，具有良好的效率（99.4%），只是损耗略高。