TOSHIBA 第三代SiC MOSFET的特點 -Part 2

接續前文，本篇將介紹東芝第三代Sic MOSFET的規格與測試數據。TOSHIBA的3G產品在RDS(ON)的溫度特性上（如圖1所示），與市場上最新的競爭產品相比，表現出色。在以下的測量條件下，隨著溫度的升高，所有廠商的RDS(ON)都會增加。以25°C的RDS(ON)為基準，我們的3G產品在各溫度下的RDS(ON)增加率是最低的。即便在Ta=175°C時，我們的3G產品的RDS(ON)相較於25°C時僅增加了17%，而增加率排名第二的C公司產品增加了43%。這證明了我們的RDS(ON)在溫度特性上優於所有競爭者。測量條件為VGS=18V，ID=20A，而我們的實測樣品為TW048N65C。

圖1:Temperature dependence of RDS(ON)(註一:Features of third generation SiC MOSFET)

     我們進行了開通開關損耗（Eon）與關斷開關損耗（Eoff）的比較評估，對比了我們的3G產品與競爭對手最新一代產品之間的損耗。圖2.展示了Eon和Eoff損耗隨Rg變化的曲線。由於3G產品內建SBD，其輸出電容略大於競爭對手最新一代產品，導致在Rg範圍（4.7Ω至20Ω）內，Eon損耗高於競爭對手。另一方面，我們的3G產品在關斷時電流下降速度更快，使得Eoff損耗在整個Rg範圍內低於競爭對手。如圖3.所示，我們確認了我司3G產品的總開關損耗（Eon+Eoff）在此次評估的Rg條件下等於或低於競爭對手最新一代產品。測量條件為：VDD=400V、ID=20A、Ta=25°C、VGS=20V/0V、L=100μH。每個產品的源漏二極體都作為續流二極體使用，並與感性負載相連。我們的實測樣品為TW048N65C。

圖2: Rg dependence of turn-on (Eon) and turn-off (Eoff) switching Loss (註一:Features of third generation SiC MOSFET)

圖3: Rg dependence of total switching loss (Eon+Eoff) (註一:Features of third generation SiC MOSFET)

    TOSHIBA的第三代SiC MOSFET內建SBD，因低導通損耗而實現低反向導通損耗，從源極至汲極的VF也因此降低。圖4.中的IDR-VF（VGS=0V）曲線顯示，我們的第三代產品的VF低於整個IDR區域內競爭對手的最新一代產品。在反向導通期間，如同步整流的死區時間，電流會從源極流向汲極，低VF特性因此有助於減少反向導通損耗。

圖4: IDR-VF curve (註一:Features of third generation SiC MOSFET)

      我們接下來使用了 totem pole PFC評估板進行評估。 totem pole PFC是一種能夠同時達到高效率和少量元件使用的電源PFC電路拓撲，其應用在近年來因SiC和GaN的廣泛使用而日益增多。圖5.展示了 totem pole PFC及其運作方式。高頻支路（Q1、Q2）負責執行高頻（數百kHz或MHz級別）的開關操作，而低頻支路（Q3、Q4）則在商業頻率（50-60Hz）下進行整流操作。由於Q1和Q2在高頻下進行硬切換操作，因此需要提供死區時間以避免Q1和Q2同時導通。在這段時間內，body diode 會導通，因反向恢復電流而造成損耗。因此，為了減少 totem pole PFC的損耗，應選用具有優異反向恢復特性的SiC MOSFET和GaN等元件。此外，如圖5.示，Q3和Q4負責在輸入交流電源的每個半週期進行同步整流，開關動作在零交叉點進行。因此，應選用不需要內建寄生二極體且具有低RDS(ON)的高速反向恢復特性產品。

在本量測，我們安裝了 3G SiC MOSFET (TW048N65C) 於 Q1 和 Q2，以達成高頻切換，並與競爭對手的效率進行比較。表1. 展示了totem pole PFC 評估板的測試條件。

表1: PFC evaluation conditions (註一:Features of third generation SiC MOSFET)

       圖6.展示了TOSHIBA 的3G產品（TW048N65C）與競爭對手的最新一代產品的比較。我們確認了每家公司在1.8kW、50%負載下都實現了超過98%的高效率。此外，如圖7.所示，在超過1.8kW（50%負載）的重載條件下，我們的3G產品的效率高於競爭對手的最新產品，顯示出卓越的效率優勢。這一結果可歸因於TOSHIBA 第三代 Sic MOSFET 產品的特性，例如由於RDS(ON)的良好溫度依賴性降低了傳導損耗，高速開關特性減少了開關損耗，以及低VF特性減少了死區時間損耗。

圖6 : Efficiency result of totem pole PFC evaluation board (註一:Features of third generation SiC MOSFET)

圖7: Benchmark against other companies based on the efficiency of our 3G product  (註一:Features of third generation SiC MOSFET)

以上就是本篇TOSHIBA 第三代SiC MOSFET的特點介紹。