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东芝第三代碳化硅(SiC)MOSFET推出电压分别为650V和1200V的两款系列产品。与第二代产品一样,东芝新一代MOSFET内置了与SiC MOSFET内部PN结二极管并联的SiC肖特基势垒二极管(SBD),其正向电压(VF)低至-1.35V(典型值),以抑制RDS(on) 波动,从而提高可靠性。此外,与第2代产品相比,东芝先进的SiC工艺[1]显著改善了单位面积导通电阻RonA,以及代表开关特性的性能指标Ron*Qgd。此外,极驱动电路设计简单,可防止开关噪声引起的故障。
东芝第三代SiC MOSFET拥有更低的功耗,支持各种高功率密度应用,如开关电源(数据中心服务器、通信设备等)、不间断电源(UPS)、光伏逆变器、电动汽车充电站等。
1. 内置SBD实现低VF和高可靠性(继第二代产品之后)
东芝开发了内置肖特基势垒二极管(SBD)与SiC MOSFET的PN二极管并联的新结构,其具有低VF特性,极大地抑制SiC晶体缺陷引起的Ron波动[2]。
2. 显著改善导通电阻和开关损耗
利用东芝先进的器件结构,新产品的单位面积导通电阻RonA比第二代产品降低43%[3],体现开关损耗的性能指标的Ron*Qgd降低了80%[4]。
下图显示第二代和第三代SiC MOSFET在以下测量条件下的导通和关断波形。
测量条件:VDD=800V,ID=20A,L=100μH,RG(外部栅极电阻)=4.7Ω
3. 抗噪性高,使用方便
宽栅极-源极电压范围(VGSS: -10V(最小值)至25V (最大值)) 和高栅极阈值电压(Vth: 3V(最小值)至5V(最大值))便于栅极驱动电路设计,并防止开关噪声引起的故障。
(1200V产品,截至2022年8月,东芝调研)
[1]截至2022年8月
[2]东芝按照以250A/cm2电流密度从器件源极至漏极施加1000小时电流时导通电阻的变化定义可靠性。东芝一般MOSFET导通电阻变化率为43%,而SBD嵌入式MOSFET的变化率仅为3%。
[3]当第二代SiC MOSFET的RDS(ON)A被设为1时,与新款1200V SiC MOSFET比较。 (东芝测试结果)
[4]当第二代SiC MOSFET的RDS(ON)*Qgd被设为1时,与新款1200V SiC MOSFET比较。(东芝测试结果)