カーボランダムとしても知られる炭化ケイ素 (SiC) は、ケイ素と炭素の化合物です。 SiC デバイスの材料特性により、高い降伏電圧能力と低いオン状態抵抗が実現します。これらの機能により、超高速のスイッチング速度と高温での動作が可能になり、SiC はパワー エレクトロニクスの分野における従来のシリコン ベース (Si) デバイスの有力な後継者として位置付けられています。これ テクノロジー 電気自動車 (EV)/ハイブリッド電気自動車 (HEV) および充電、太陽光発電およびエネルギー貯蔵システム、データおよび通信電源および無停電電源装置 (UPS)、産業用ドライブ、HVAC、溶接などの著名な分野でアプリケーションが見つかります。
ショットキーバリアダイオード (SBD) と金属酸化物半導体 電界効果トランジスタ (MOSFET) は、一般的に指定された SiC デバイスです。 シリコン デバイスと比較して、SiC デバイスには XNUMX つの重要な利点があります。
- スイッチング周波数と電力密度: パワーコンバータのスイッチング周波数は、スイッチ損失、トランス損失、コンバータ全体のサイズ/重量、電磁干渉 (EMI) などの要素に影響します。 SiC MOSFET は、シリコン スイッチとは対照的に、低いスイッチング エネルギー損失と超低ゲート電荷を提供し、より高いスイッチング周波数を可能にして、よりコンパクトなトランス設計と電力損失の削減を実現します。
- オン状態抵抗 (RDS(on)): RDS(on) は、ソースとドレイン間の抵抗です。 MOSFET。 オン状態抵抗が低下すると、電力損失が減少し、発熱が減少します。 1700V SiC MOSFET の RDS(on) は、2000V 以上の Si MOSFET の RDS(on) よりも大幅に低くなります。 これにより、同じ定格オン状態抵抗を備えたより小型のパッケージの使用が可能になり、1700V SiC MOSFET の費用対効果が向上します。 SiC SBD は、150°C を超えるジャンクション温度 (TJ) で動作します。
- 低いスイッチング損失: SiC MOSFET は、Si MOSFET よりもスイッチング損失が低く、コンバータ効率が向上します。 スイッチング損失の低減により、ヒートシンクの小型化、またはヒートシンクの廃止も可能になります。 スイッチング損失が低いため、補助電源のスイッチング周波数を柔軟に高めることができ、トランスのサイズと重量を最小限に抑えることができます。 超低スイッチング損失と高速スイッチング速度により、エネルギー効率が大幅に向上します。
- 広いバンドギャップ: SiC デバイスは、価電子帯の上部と伝導帯の下部の間のエネルギー差を指す広いバンドギャップを持っています。 この距離の延長により、デバイスはより高い電圧、温度、周波数で動作できるようになります。 3.3H-SiC で 4eV の広いバンドギャップを備えたディスクリート SiC ショットキー ダイオードおよび SiC MOSFET デバイスは、低い伝導損失とスイッチング損失を実現します。 同じ構造とサイズの SiC チップと Si 半導体チップを比較すると、SiC チップの方がオン抵抗が低く、耐圧が高いことがわかります。
- 熱伝導率の向上：SiCは従来のSiに比べてXNUMX倍の高い熱伝導率を示します。 さらに、通常のシリコンよりもXNUMX倍高い電圧に耐えることができます。 熱伝導率の向上により、システムの複雑さとコストが削減されます。 SiC MOSFET デバイスは、高い動作電圧と高速スイッチング速度の組み合わせを提供します。これは、従来のパワー トランジスタでは通常見られない組み合わせです。
図 1 に示すように、SiC デバイスはスイッチング損失と伝導損失が低いため、コンポーネントのサイズが縮小し、電力密度が向上します。 高い接合温度で動作するため、低いゲート抵抗、低いゲート電荷、低い出力容量、および超低いオン状態抵抗が特徴です。
さまざまな電流定格 (6A、8A、10A、16A、または 20A) が用意されている SiC デバイスは、無視できる逆回復電流、高いサージ耐量、175°C の最大動作接合温度など、パワー エレクトロニクス システム設計者に複数の性能上の利点を提供します。 -効率、信頼性、熱管理の向上が求められるアプリケーションに適しています。
同様の評価との比較 IGBT, SiC MOSFET デバイスは、その構造上の利点により、サイクルごとのスイッチング損失の低減と軽負荷効率の向上を実現します。 SiC の固有の材料特性により、SiC MOSFET は降伏電圧、オン状態抵抗、および接合容量において同様の定格の Si MOSFET よりも優れた性能を発揮します。
SiC MOSFET デバイスは、1700V の最大ドレイン-ソース電圧 (VDS)、750 mΩ のオン状態抵抗 (RDS(on))、および 175°C の最大動作接合温度をサポートしており、簡素化された PCB レイアウトとケルビン ソース/ドレインを備えています。接続により、ゲート駆動回路の浮遊インダクタンスが低減され、効率、EMI 動作、およびスイッチング性能が向上します。
情報源： https://www.slw-ele.com/5-key-advantages-of-silicon-carbide.html