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安森美 M 1 1200 V SiC MOSFET 静态特性分析

2023-6-9 11:20| 发布者: 闪电| 查看: 10| 评论: 0

摘要: SiC MOSFET 在功率半导体市场中正迅速普及,因为它最初的一些可靠性问题已得到解决,并且价位已达到非常有吸引力的水平。随着市场上的器件越来越多,必须了解 SiC MOSFET 与 IGBT 之间的共性和差异,以便用户充分利 ...




RDS(ON) 特性和驱动安森美 M 1 1200 V SiC MOSFET 的推荐 VGS

与硅相关产品相比,SiC MOSFET 的主要区别之一是漏极-源极电压 (VDS) 与特定漏极电流 (ID) 的栅源电压 (VGS) 的相关性,并且在这个安森美 1200 V SiC MOSFET 中也不例外。图 2 显示传统的 Si MOSFET 在线性(欧姆)和有源区(饱和)之间显示出明显的过渡。另一方面,参见图 3,SiC MOSFET 并不会出现这种状况,实际上没有饱和区,这意味着 SiC MOSFET 的表现更像是可变电阻,而不是非理想型的电流源。


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图 2:SJ MOSFET 的典型静态特性图片


图 3:安森美 1200 V SiC MOSFET M 1 的典型静态特性


在选择适当的 VGS 时需要考虑的一个重要方面是,与硅基器件不同,当 VGS 增加时,即使在相对较高的电压下,SiC MOSFET 也仍会表现出 RDS(ON)的显著改善。这可以从图 3 中看出:当 VGS增加时,曲线向左移动。如果我们看一下图 2,当 VGS >> VTh 时,Si MOSFET 的 RDS(ON) 未表现出显著改善,因此,大多数 Si MOSFET 通常以 VGS≤ 10 V 驱动。因此,如果用 SiC 替换 Si MOSFET,建议修改驱动电压。尽管 10 V 高于 SiC MOSFET 的典型阈值电压,但在如此低的 VGS 下的传导损耗很可能会导致器件的热失控。这是建议使用 VGS ≥ 18 V 来驱动安森美 1200 V M 1 SiC MOSFET 的原因之一。


如果选择的电压过高,则会在栅极氧化物中引入更高的应力,这可能导致长期可靠性问题或关键特性变化,如 VTH 漂移。在资质认定阶段,安森美 M 1 1200 V SiC MOSFET 经过大量测试,以确定 + 25 V 的最大栅极电压。例如,在图 4 中,正栅极偏压应力测试的结果以绿色显示。与其他供应商相比,安森美 M 1 1200 V SiC MOSFET 在持续施加 + 25 V 电压时表现出良好的稳定性。




即使采用最佳布局和最少电感封装,也无法避免管芯栅极处的瞬态电压尖峰。为了不超过 + 25 V 的势垒,建议最大向 MOSFET 施加 VGS ≤ 20 V 的恒定电压。


RDS(ON),温度相关性

需要考虑的另一个因素是 SiC MOSFET 的温度系数。在低温下,SiC MOSFET 通常呈现负温度系数 (NTC),直到其达到某一温度并开始具有正温度系数 (PTC)。这个转折点受 VGS 影响。在较低的 VGS 下,NTC 会一直持续到较高的温度,而如果这个电压增加,则转折点将在较低的温度下发生。在图 5 中,可以看出安森美 M 1 SiC MOSFET 在不同 VGS 下 RDS(ON) 与温度的典型相关性。如果我们观察 VGS = 15 V 时的曲线,NTC 在负温度下非常陡峭,在大约 50℃ 时仍然明显,这导致高温下的 RDS(ON) 在所有情况下都低于负温度下的 RDS(ON)。如果两个组件并联切换,就像我们的许多电源模块一样,其中一个组件可能会过载,特别是当器件在负环境温度下启动时,可能会导致热失控。如果 VGS 增加,此现象将得到纠正。在 18 V 时,温度系数的转折点约为 25℃,在 100℃ 时,RDS(ON) 值已经高于 −40℃ 时的值,这使其成为并联切换器件的安全电压,即使在寒冷的环境中使用也是如此。


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