Вебинар «Силовые компоненты Wolfspeed на основе карбида кремния (SiC)» (17.11.2020)

2 ноября

светотехникауправление питаниемWolfspeed (A Cree Power)вебинардискретные полупроводники

Мероприятие прошло 17.11.2020

Программа

показатьсвернуть
Компания КОМПЭЛ приглашает вас принять участие в вебинаре, посвященном силовым компонентам на основе карбида кремния (SiC) компании Wolfspeed.Полевые транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы на основе карбида кремния обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными кремниевыми (Si) приборами. Среди них – высокое быстродействие, эффективность и надежность. Применение SiC приборов в силовых преобразователях позволяет снизить их габариты, вес и оптимизировать себестоимость.Компания Wolfspeed является мировым лидером в производстве полупроводниковых кристаллов из карбида кремния (SiC) и приборов на их основе.Вебинар рассчитан на инженеров-разработчиков источников питания различного назначения и устройств силовой электроники.

Содержание

  • Модельный ряд и критерии выбора компонентов на основе карбида кремния;
  • Инструменты моделирования;
  • Аспекты практической реализации конечных устройств;
  • Надёжность технологии карбида кремния;

Общая информация

Начало: 17 ноября 2020 г. в 11:00
Продолжительность: 90 минут
Форма участия: бесплатно
Добавить в календарь: Google, iCal

Докладчик

Михаил Червинский
Инженер по применению компании CREE/Wolfspeed

Видео

Презентация

Вопросы и ответы

Какие конкретные преимущества у SiC транзисторов?
По сравнению с IGBT:
— существенно меньше динамические потери, отсутствие эффекта обратного восстановления;
— отсутствие порогового напряжения ВАХ, меньше потери проводимости на средних токах;
— низкая зависимость параметров от температуры;
— Rds имеет небольшой положительный температурный коэффициент, что упрощает параллельную работу;
— возможность использовать встроенный диод или открывать транзистор в 3 квадранте ВАХ;
— устойчивость к лавинному пробою;
— из за особенностей технологии, среднее значение пробивного напряжения в партии превышает максимальное по документации на ≈25%;
— выше надежность и устойчивость к радиационному фону.
По сравнению с кремниевыми MOSFET:
— доступны высокие напряжения 650…1700В;
— ниже паразитные емкости и время переключения;
— существенно меньше зависимость Rds от температуры;
— лучший показатель FOM = Rds x (Qg + Qrr).
Сравнительная оценка параметров силовых приборов на основе кремния и карбида кремния.
В качестве самого простого критерия грубой оценки производительности рекомендуется расчет показателя FOM = Rds(100°C) x (Qg + Qrr). Как упоминалось на вебинаре, кроме производительности рекомендуется оценка ряда других важных параметров: надежность, себестоимость системы и т.д.
Есть ли нормы по dv/dt для SiC?
Для транзисторов последнего поколения C3M предельные значения составляют 100..150 В/нс. Однако в реальных задачах такие предельные скорости редко используются, так как есть ограничения связанные с ЭМС, выбросами напряжения из за паразитных индуктивностей печатной платы и конденсаторов и д.р.
Остальные вопросы
показатьсвернуть
Сравнение стоимости с кремниевыми компонентами, совместно с драйверами управления, соответственно?
В общем случае, стоимость SiC компонентов может быть выше кремниевых аналогов. Однако реальный функциональный аналог необходимо подбирать под каждую конкретную задачу — в некоторых случаях, SiC позволяет предложить даже более дешевый компонент имеющий преимущество перед Si компонентом, заложеным с избыточностью из за высоких потерь в конкретном режиме.

В ряде задач (мощные ИБП, зарядные преобразователи для электротранспорта и др), SiC технология позволяет решить задачу более дешево на системном уровне, за счет использования более простых топологий с меньшим числом компонентов. Также за счет лучших частотных свойств, при проектировании преобразователя на SiC можно заложить меньшие по размеру и стоимости моточные компоненты и конденсаторы. При существенном выигрыше по потерям, также возможно снижение стоимости и веса системы охлаждения.

Существуют ли методы затягивания переключения SiC MOSFET?
В большинстве реальных задач полезно использовать схему драйвера с раздельной регулировкой времени включения и выключения путем подбора значений затворных резисторов.
Расчёт электрический, конструктивный выходных фильтров для импульсных источников постоянного напряжения до 40 В и тока до 200 А.
Примеры реализации компактных фильтров для преобразователей, работающих на высокой частоте можно посмотреть в этом проекте: 6.6 kW High Frequency DC-DC Converter CRD-06600DD065N.
Применение силовых ключей с ШИМ с фазовым сдвигом в резонансных мостах. Частота ШИМ до 3 МГц, мощность до 10 кВт.
Рекомендуется промоделировать задачу на MOSFET с минимальным и достаточным классом напряжения, в корпусе с минимальной паразитной индуктивностью (TO-263-7). Ниже пример моделирования для преобразователя работающего на 500 кГц (ограничение входных параметров онлайн симулятора).
Видно, что в оптимальном режиме работы схемы, потери на переключение могут быть минимальны и есть запас на увеличение частоты преобразования выше 1 МГц. Однако, лучшие результаты возможны в схемах с резонансным режимом работы (LLC).
Каковы особенности динамики открытия и закрытия SiC транзисторов по сравнению с классическими MOSFET?
В первую очередь, паразитные емкости и заряд затвора у SiC транзисторов существенно ниже, что снижает нагрузку на драйвер и время переключения. Также следует отметить у Si MOSFET высокую зависимость паразитных емкостей от напряжения. Изучить более подробно динамические характеристики рекомендуется для конкретной схемы и режима работы.
Какая максимальная частота работы SiC-транзисторов с напряжениями 900-1200 В достигнута?
В практических задачах возможно и целесообразно использовать частоты до 1МГц. Однако, в ряде работ демонстрируются режимы с частотами до 10МГц.
А как, вы его растите по Чёхральскому?
Даже базовую информацию о нашей технологии мы не раскрываем. Кое что можно посмотреть на официальных каналах компании Wolfspeed.
Хотелось бы уточнить про напряжения на затворе? +-25 Вольт выдержит затвор.
По нашим тестам в течении ограниченного времени затвор выдержит до 35-40В. Рекомендуемое напряжения для полного открытия наших транзисторов 3 поколения — +15В. Допускается переходной процесс с выбросом до +19В длительностью до 100нс. Полностью закрыть транзистор можно уровнем 0В. Однако, в реальных мостовых схемах для повышения надежности полезно использовать отрицательное смещение с уровнем до -4В (допускаются выбросы до -8В длительностью до 100нс).
Использовать напряжение +25В теоретически можно, однако:
— транзистор полностью насыщается при +15В и дальнейшее увеличение затворного напряжения не имеет смысла
— при повышенном напряжении затвора повышаются потери в драйвере
— при увеличении напряжения затвора выше спецификации снижается долговременная надежность транзистора (см. ниже)
Есть ли на сегодняшний день SiC транзисторы, способные работать на КЗ так же надёжно, как IGBT по NPT технологии?
Существуют проверенные решения MOSFET+драйвер, которые отрабатывают режим КЗ в течении рекомендуемого времени <2мкс, когда SiC транзисторы остаются в безопасном режиме. Например, модуль CAB450M12XM3 и плата драйвера CGD12HBXMP
Что у SiC по части SOA? она ограниченная (как у Si, нет возможности работы на КЗ), либо прямоугольная (как у NPT IGBT, возможна работа на КЗ, т.е. при полном токе и полном падении напряжения на коммутаторе)?
Качественно, SOA имеет ту же форму и ограничения, как у Si MOSFET:

Режима КЗ в выходных цепях лучше избегать для повышения надежности, для этого есть специализированные драйверы Wolfspeed .

Дополнительные материалы

•••

Наши информационные каналы

О компании WOLFSPEED (A Cree Company)

Компания Wolfspeed, входящая в структуру CREE Inc., является мировым лидером в производстве полупроводниковых кристаллов из карбида кремния (SiC) и приборов на их основе. Полевые транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы на основе карбида кремния обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными кремниевыми приборами. Среди них – рабочая температура кристалла до 600°С, высокое быстродействие, радиационная стойкость. В настоящее время Wolfspeed производит высоковольтные SiC ди ...читать далее

Товары
Наименование
C2D05120A (CREE PWR)
CSD01060A (CREE PWR)
C3D10170H (CREE PWR)
C4D02120E-TR (CREE PWR)
C3D02065E (CREE PWR)
C6D10065A (CREE PWR)
C2M0280120D (CREE PWR)
C2M1000170J (CREE PWR)
C3M0060065J (CREE PWR)
C3M0065090D (CREE PWR)