关于博世碳化硅功率器件的几个常识

博世于2019年10月在德国正式宣布其开始碳化硅相关业务。功率碳化硅半导体生产基地位于德国罗伊特林根。

 

博世碳化硅MOSFET以封装或裸片形式提供。博世碳化硅为客户提供多种封装选择，新开发的TO263-7（D2-PAK-7）封装主要用于表面贴装（SMT），而成熟且广泛使用的TO247-4设计是通孔技术的合适选择，D2-PAK-7封装的特点是背面触点和连接器引脚之间的爬电距离增加（图1），因此，客户无需满足特殊的CTI要求即可实现高压应用。）

开尔文源——减少开关损耗，驱动更稳定

在这两种封装中，开尔文源均直接连接至引脚（图2）。该引脚用作控制电压的参考，并有助于消除源电感对开关速度的影响，否则会导致电压失调（VL）。

图2：使用开尔文源降低了源电感对开关速度的影响 （来源：博世）

开尔文封装引脚属于专用源极连接引脚，可以用作栅极驱动电压的基准电位，通过消除源极电感导致的电压降的影响，进一步降低开关损耗。

博世双通道沟槽技术

博世专门开发的双通道沟槽技术可确保更高的效率（图3）。该技术可实现MOSFET的低电阻设计以及小于1 Ohm的低内部栅极电阻。这允许负载电流的急速上升（di/dt），进而，开关损耗的降低、开关频率更高。

图3：博世独创的双通道沟槽技术 （来源：博世）

但是，快速切换也会产生副作用。迅速开关会在导通和关断切换过程中引起不可避免的寄生电感和电容振荡，由此产生的功率和电压峰值会使电路的组件过载。每个碳化硅MOSFET其内部电容和电感都参与在其中。为了改进，我们在栅极线上增加一个外部电阻可以在开关速度和电容振荡趋势之间进行折衷（图4和5）。

图4：针对汽车逆变器应用进行了优化的1200V导通。

测量条件：

温度：25°C，VGS(on): 18V, VGS(off): -5V, RGate ext: 13Ohm, ID: 160A, UBatt: 850V（来源：博世）

图5：针对汽车逆变器应用进行了优化的1200V关断。测量条件：

温度：25°C，VGS（on）：18V，VGS（off）：-5V，RGate ext：13Ohm，ID：160A，UBatt：850V （来源：博世）

博世碳化硅助力车规应用的稳定表现

优化的设计和高质量的栅极氧化物可实现从-5V至+18V的宽栅极控制电压范围，甚至对于从-11V至+25V的短脉冲也是如此。该栅极电压范围与高电压组合栅极阈值电压为3.5V，可实现非常好的安全距离，以防止意外接通。

米勒系数也已进行了优化，典型值为1，可将输出到门的反馈降至最低。即使在漏极连接处具有高电压梯度（dV/dt），也可以确保可靠的切换。

对于车辆中的功率器件，在任何情况下都能安全驾驶至关重要。与驱电路一起工作时，这就要求电源开关能够承受负载侧的短路，通常持续3µs，不会造成损坏。这个时间可以保护电路检测到短路并触发负载电流切断。短路时间的进一步增加将导致导通电阻（RDSon）的增加，从而导致功率损失。博世碳化硅MOSFET经过优化，可同时保持3µs的持续时间和最佳RDSon（图6）。

图6：TO247-3L中SiC-MOSFET的短路测量

测量条件：温度：25°C，VGS（on）：15V，VGS（off）：-5V，RGext：6,2 Ohm，VBatt：800V （来源：博世）

 

原文标题：关于博世碳化硅功率器件的几个常识，你可能还不知道！

文章出处：【微信公众号：博世汽车电子事业部】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。

责任编辑：haq