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SMPD先進(jìn)絕緣封裝充分發(fā)揮SiC MOSFET優(yōu)勢

發(fā)布時(shí)間:2023-06-07 來源:Littelfuse 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】SMPD可用于標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如降壓、升壓、橋臂(phase-leg),甚至是定制的組合。它們可用于各種技術(shù)產(chǎn)品,如Si/SiC MOSFET、IGBT、二極管、晶閘管、三端雙向可控硅,或定制組合,具有從40V到3000V不同電壓等級(jí)。


ISOPLUS - SMPD 及其優(yōu)勢


SMPD代表表面安裝功率器件(Surface Mount Power Device),是先進(jìn)的頂部散熱絕緣封裝,由IXYS(現(xiàn)在是Littelfuse公司的一部分)在2012年開發(fā)。SMPD只有硬幣大小,具有幾項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢:


·      集成DCB絕緣,可在功率和溫度循環(huán)下提供最佳的可靠性。


·      IXYS專有DCB結(jié)構(gòu)具有最低2.5kV絕緣電壓。


·      在器件中優(yōu)化DCB空間的使用,提高功率密度,簡化熱管理。


·      允許標(biāo)準(zhǔn)回流焊,便于制造。


SMPD可用于標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如降壓、升壓、橋臂(phase-leg),甚至是定制的組合。它們可用于各種技術(shù)產(chǎn)品,如Si/SiC MOSFET、IGBT、二極管、晶閘管、三端雙向可控硅,或定制組合,具有從40V到3000V不同電壓等級(jí)。


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與標(biāo)準(zhǔn)分立器件相比,基于SiC的SMPD具有性能優(yōu)勢


在基于碳化硅(SiC)MOSFET的SMPD和標(biāo)準(zhǔn)分立封裝之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量,以量化Littelfuse SMPD所提供的優(yōu)勢。


測量原理是基于標(biāo)準(zhǔn)的雙脈沖測試裝置,并使用Littelfuse的動(dòng)態(tài)特性分析平臺(tái)進(jìn)行測試。在MOSFET開關(guān)參數(shù)方面進(jìn)行器件比較,如開關(guān)時(shí)間Tsw和開關(guān)能量Esw,以及二極管開關(guān)參數(shù),如反向恢復(fù)時(shí)間trr、最大反向電流Irm和反向恢復(fù)能量Err。


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將一個(gè)1200V的SiC SMPD器件與具有相近導(dǎo)通電阻RDS(ON),在柵極至源極工作電壓(VGS)方面采用相近技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)分立封裝器件進(jìn)行比較。


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柵極電壓的比較表明,帶有開爾文源的SMPD不僅加快了柵極的充電速度,而且由于其封裝電感較低,在相同的工作條件下減少了柵極振蕩。導(dǎo)通期間的漏極電流比較表明,盡管TO-247-4L和TO-263-7L封裝器件具有相近的溝道電阻RDS(ON)和相近技術(shù)MOSFET芯片,但其尖峰電流卻高出約25%。因此,由于最大反向恢復(fù)電流Irm值較高,這些器件的體二極管可能遭受更大的應(yīng)力。從體二極管的反向電流比較中可以看出,盡管SMPD和TO-247-3L封裝中的芯片相同,但SMPD器件具有更短的反向恢復(fù)時(shí)間,更高的di/dt,這又反過來減少了體二極管的損耗,提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。


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從測量結(jié)果可以看出,與標(biāo)準(zhǔn)分立封裝相比,SMPD的所有動(dòng)態(tài)參數(shù)都有明顯的改善。根據(jù)觀察,盡管在SMPD和TO-247-3L封裝中具有相同的芯片,但SMPD在應(yīng)用中提供了顯著的性能改進(jìn)。假設(shè)應(yīng)用的開關(guān)頻率為80kHz,漏極到源極電壓為800V,SMPD在50%負(fù)載條件下可減少21%的開關(guān)損耗,在80%負(fù)載條件下可減少18%的損耗。與所有其他分立器件相比,SMPD損耗的降低程度在50%負(fù)載下更為突出。


SMPD在應(yīng)用中具有多種優(yōu)勢


●   由于獨(dú)立的開爾文源極腳(S),柵極驅(qū)動(dòng)路徑與負(fù)載電路分離。負(fù)載電流沒有負(fù)反饋到柵極回路中,這改善了EMI,并減少了寄生導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。


●   大部分雜散電感Ls被排除在柵極環(huán)路之外,實(shí)現(xiàn)了更快的開關(guān)速度,不僅降低了損耗,還提高了效率,并減少了柵極振蕩。


●   最大限度地減少了封裝的相互寄生電感和耦合電容。


●   最大限度地減少了損耗,提高了效率。SMPD還將結(jié)溫Tvj保持在低水平,從而簡化了熱設(shè)計(jì)。


●   基于DCB的絕緣封裝,減化了安裝和熱設(shè)計(jì)[1] 。


通過在應(yīng)用中使用SMPD,設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)更短的功率環(huán)路,同時(shí)減少必需器件的數(shù)目。較短的功率環(huán)路使得雜散電感最小化,這有助于減少柵極振蕩和漏極電壓過沖。


使用基于SiC MOSFET的SMPD器件組成功率級(jí)架構(gòu)


Littelfuse的SMPD可用于標(biāo)準(zhǔn)的功率電子器件,設(shè)計(jì)人員可以用更少的器件實(shí)現(xiàn)高出36%的功率能力。


作者:Littelfuse公司Aalok Bhatt、Francois Perraud、José Padilla和Martin Schulz



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