性能出眾的1200V第四代SiC FET為高壓市場提供了優秀的SiC功率解決方案

UnitedSiC（現名Qorvo）擴充了其1200V產品系列，將其突破性的第四代SiC FET技術推廣到電壓更高的應用中。新UF4C/SC系列中的六款新產品的規格從23毫歐到70毫歐，現以TO247-4L（采用開爾文連接）封裝提供，而1200V的53毫歐和70毫歐SiC FET還以TO247-3L封裝提供。這些新發布的SiC FET具有不凡的性能，是不斷成長的電動車市場向著800V母線車載充電器（OBC）和直流轉換器邁進過程中的理想選擇。與前幾代一樣，新FET也非常適合工業電池充電器、工業電源、光伏轉換器、不間斷電源和各種其他功率轉換應用。

【圖1  按RDS(On)劃分的新1200V第四代UnitedSiC FET產品與現有1200V第三代系列)】

這些新零件采用先進的垂直溝槽器件結構，實現了世界一流的導通電阻與面積乘積（ROnx A），從而具備了業界一流的品質因數（FoM），包括非常低的RDS(on)x面積、非常低的RDS(on) x Eoss、RDS(on) x Coss,(tr)和RDS(on) x Qg。與第四代產品組合的其余產品一樣，新的1200V FET可以用0-12V或0-15V柵極驅動電壓輕松驅動。由于有+/-20V的VGS,Max和高閾值電壓（4.8V），這些SiC FET能實現大量柵極電壓設計和噪音裕度，并與Si或SiC柵極驅動電壓兼容。1200V FET具備出色的體二極管、出眾的正向電壓（通常為1.0-1.5V）和很低的反向恢復電荷（Qrr）。

為了充分利用特定導通電阻超低的優勢，新的1200V SiC FET采用先進的銀燒結晶粒連接工藝，實現出色的熱性能。這些器件在出色的熱電阻Rth, j-c的支持下維持了良好的功率處理能力，同時實現了晶粒縮小，并降低了電容和開關損耗。熱電阻改善的好處在圖2中體現，該圖說明了第四代1200V SiC FET的晶粒體積與競爭性技術的比較情況，以及其熱阻與同等級其他FET相比低了26%-60%。

【圖2 在采用先進的銀燒結技術后，新1200V第四代SiC FET的結到殼熱性能與競爭性1200V FET的比較】

圖3顯示了歸一化至新第四代1200V SiC FET時，功率處理的品質因數（Rth,j-c）、硬開關品質因數（RDS(on) x Eoss）以及軟開關的品質因數（RDS(on)x Coss,(tr)）和RDS(on)x Qg。雷達圖中的較低值反映了各個參數的出色表現。從圖中可以看出，在25oC和升高后的溫度（125oC）下，在硬開關電路（即有源前端等）和軟開關電路（即隔離的直流轉換器等）中，1200V第四代SiC FET都具有不受影響的性能優勢。與上一代SiC FET相比，新器件在給定晶粒面積下的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%。

【圖3 新1200V第四代SiC FET的品質因數與競爭性1200V FET的比較】

UnitedSiC（現名Qorvo）免費在線設計計算工具FET-Jet Calculator?中提供了6款新1200V SiC FET，該工具可用于評估器件損耗、轉換器效率和升溫，以及找到最佳驅動條件。使用FET-Jet Calculator工具時可以明顯看出，新23毫歐（UF4SC120023K4S）和30毫歐（UF4SC120030K4S）FET是800V總線車載充電器（OBC）應用的有源前端的出色選項。在圖4所示的11kW OBC前端設計示例中，新的UF4SC120030K4S能夠降低損耗（降至每個FET 37W），實現98%的出色半導體效率并在更低溫度（Tj=115oC）下運行，并同時減小晶粒體積。圖示設計假設硬開關頻率為150kHz，散熱溫度THS=80oC，從而支持用戶獲得出色的功率密度。

【圖4 采用了新第四代UF4SC120030K4S SiC FET的11kW OBC前端設計示例】

新1200V SiC FET系列還為OBC的隔離直流轉換器級提供了出色的選擇。在這些高頻軟開關拓撲中，第四代FET的低導電損耗、低二極管正向壓降、低驅動器損耗（低Vg，低Qg）和低RDS(on) x Coss,(tr)都很理想。圖5展示了一個11kW，800V全橋CLLC設計示例，在每個初級側開關位置都采用了1200V SiC FET。假設運行頻率為200kHz，散熱溫度仍為THS=80oC。使用FET-Jet Calculator?預測的性能摘要表顯示了新第四代1200V SiC FET的優勢。在相似的晶粒體積下，UF4C120053K4S/K3S的損耗更低，有出色的半導體效率（99.5%），且運行溫度較低（Tj < 100oC）。經濟實惠的UF4C120070K4S/K3S也是具有吸引力的高性價比解決方案，具有良好的效率（99.4%），只是損耗略高。

【圖5  使用新第四代UF4C120053K4S SiC FET的11kW OBC全橋CLLC設計示例】