Транзисторы на карбиде кремния поколений 2 и 3 от компании Wolfspeed

Транзисторы на карбиде кремния (SiC) пока воспринимаются как экзотика, но уже доступны. Большинство разработчиков считает их применение дороговатым для продукции массового применения, однако не учитывает при этом дополнительную экономию, которую можно получить. Высокое быстродействие и меньшее выходное сопротивление открытого транзистора по сравнению с традиционными кремниевыми MOSFEET позволяют упростить топологию, уменьшить размеры индуктивных компонентов, радиаторов и корпуса, повысить КПД и, следовательно, эксплуатационные расходы. То есть, рассматривая возможность замены силовых транзисторов на аналогичные с применением SiC, необходимо учитывать все аспекты разработки и эксплуатации изделия, а не одну разницу в стоимости транзисторов. Также стоит напомнить о конкурентоспособности – спрос на активные компоненты на основе SiC заметно возрос, а значит, скоро появятся новые изделия с параметрами, недостижимыми на обычных кремниевых транзисторах.

Одним из известных производителей полупроводниковых приборов на карбиде кремния является Wolfspeed - дочерняя компания Cree Power. В настоящее время она производит транзисторы на карбиде кремния второго и третьего поколений. В отличие от кремниевых MOSFEETs, эти транзисторы имеют меньшее сопротивление открытого канала, меньший заряд затвора, большее быстродействие. Для сравнения приведем таблицу с параметрами транзистора на карбиде кремния третьего поколения C3M0065090J и кремниевого MOSFET IPB90R340C3 (таблица 1). Корпуса имеют одинаковый формфактор D2PAK, но SiC-транзистор имеет инновационный корпус с семью выводами (рисунок 1), пять из которых являются истоками для подключения силовой цепи, еще один вывод истока служит для управления затвором с подключением по схеме Кельвина, а седьмой вывод - затвор. Стоком является подложка корпуса. При этом производителю удалось увеличить так называемое «расстояние утечки» между истоком и стоком в три раза. Данный корпус позволяет снизить потери при переключении и уменьшить колебательные процессы.

Рисунок 1. Инновационный корпус 7L D2PAK

Применение транзисторов на карбиде кремния позволяет увеличить рабочую частоту и, соответственно, уменьшить габариты трансформаторов, значительно сокращает тепловыделение, что позволяет уменьшить габариты применяемых радиаторов. Меньшее время восстановления встроенного антипараллельного диода во многих случаях позволяет обойтись без применения внешнего быстродействующего диода.

Транзисторы на карбиде кремния второго и третьего поколений производства компании Wolfspeed отлично подойдут для замены IGBT на кремнии в преобразователях напряжения, инверторах, корректорах коэффициента мощности, электроприводах, сварочном оборудовании, для индукционного нагрева. Они могут применяться также в солнечной и ветроэнергетике.

Таблица 1. Сравнение параметров кремниевых (Infineon) и карбидокремниевых МОП-транзисторов 

Таблица 2. Основные параметры МОП-транзисторов на SiC Wolfspeed второго и третьего поколения

Рисунок 2. Зависимость сопротивления открытых транзисторов Si и SiC от температуры перехода

Опубликовано: 02.02.2017