0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

打造理想半导体开关所面临的挑战

Qorvo半导体 来源:未知 2023-01-31 18:10 次阅读


这篇博客文章最初由 United Silicon Carbide (UnitedSiC) 发布,该公司于 2021 年 11 月加入 Qorvo 大家庭。UnitedSiC 是一家领先的碳化硅 (SiC) 功率半导体制造商,它的加入促使 Qorvo 将业务扩展到电动汽车 (EV)、工业电源、电路保护、可再生能源和数据中心电源等快速增长的市场。






自 1958 年 IBM 设计出首个管状“开关模式电源”以来,打造无传导和开关损耗的理想开关一直是电源转换器设计者的梦想。如今,各项开关技术的通态损耗都有了明显降低;采用最新的宽带隙半导体产品,在750V 额定电压下的电阻已能达到小于 6 毫欧的水平。目前这项技术还未达到其物理极限,预计在不久的将来,该阻值还会进一步降低。


在当今的高性能功率设计中,边缘速率 (V/ns) 有所提高,降低了开关损耗,可实现更高的频率、更小的磁性元件和更高的功率密度。然而,这些快速边缘速率增加了造成电磁干扰设计相关问题的可能性,这些问题会与电路寄生效应发生相互作用,导致不必要的振荡和电压尖峰。借助良好的设计实践,这些问题可以使用小缓冲电路解决。



实际电路中的高电流边缘速率会导致电压尖峰和振铃



那么,这个问题有多严重呢?如果我们看到速率达到 3000A/µs,也就是典型的碳化硅开关值,那么根据熟悉的 E=-Ldi/dt 公式,仅 100nH 连接电感或漏电电感就会产生 300V 尖峰电压。100nH 仅仅是几英寸 PCB 迹线的电感或变压器漏电电感的真实值,所以这就是通常会看到的情况,而且需要一个好的示波器才能看到整个电压瞬态。不过该开关在看到瞬态方面没有问题,如果超过额定雪崩电压能量,会立即停止运转。在任何电路电容下,该尖峰都会振铃,从而让测量的电磁干扰释放达到峰值。


一个补救措施是尝试降低电路电感,但这通常不是一个实用的选择。此外,还可以大幅降低该开关的电压,代价是影响成本和导通电阻,也可以使用串联栅极电阻放缓边缘速率。这个仪器并不敏感,它延迟了波形,通过限制占空比限制了高频运行,还提高了开关损耗,同时几乎不影响振铃。


振铃可通过缓冲网络实现,支持快速开关,但会减少尖峰和抑制振铃。在大电容器和大功率电阻时代,这看起来像是一个“暴力破解”方法,与 IGBT 等一起使用,试图减少大“尾”电流效应。然而,对于 SiC FET 等开关而言,这是一个非常高效的解决方案。在这种情况下,主要使用缓冲电路抑制振铃,同时限制峰值电压。因为器件电容非常低,振铃频率高,所以只需要一个非常小的缓冲电路电容,通常为 200pF 左右,并使用几欧姆的串联电阻。与预期一样,电阻会耗散部分功率,但是它实际上会通过限制硬开关和软开关应用中的电压/电流重叠来降低关闭损耗。



在高负荷下使用缓冲电路可提升整体效率



打开时,缓冲电路会耗散额外的功率,因此需要考虑总损耗E(ON)+ E(OFF)才能公正地评估其优势。将一些测量值代入E(TOTAL)以体现 40毫欧 SiC FET 在 40kHz 下的运行状况,考虑了三种情况:无缓冲电路,RG(ON)和 RG(OFF)为 5 欧姆(蓝线);200pF/10欧姆缓冲电路,RG(ON) = 5 欧姆,RG(OFF) = 0欧姆(黄线);无缓冲电路,RG(ON) = 5 欧姆,RG(OFF) = 0欧姆(绿线)。这会得出最低的 E(TOTAL);但是振铃过高,因而不可行。


在高电流下,使用缓冲电路的好处很明显,与仅调整栅极电阻相比,在 40A 下的耗散降低约 10.9W。在轻负载下,缓冲电路的整体损耗较高,但是在这些条件下,系统耗散很低。


1

使用小缓冲电路节省能耗


2

显示了缓冲电路减少振铃的效果。



缓冲电路易于实施



综上所述,缓冲电路是一个不错的解决方案,但切实可行吗?在实践中,独立的缓冲电路电阻耗散的功率不到 1 瓦,而且可以是小型表面安装器件。电容需要高额定电压,但是电容值低,因此体积也小。


SIC FET 的导电损耗和动态损耗都低,接近理想开关,而且只需增加一个小缓冲电路,就可以发挥全部潜力,且不会造成过高的电磁干扰或电压应力问题。为了使其更加“完美”,SiC FET 具有简单的栅极驱动和低损耗整体二极管,对外部散热的热阻非常低。还有什么理由不喜欢它呢?


Qorvo 大家庭

https://cn.qorvo.com/newsroom/news/2021/qorvo-acquires-unitedsic-leading-provider-of-silicon-carbide-power-semiconductors

750V 额定电压

https://info.unitedsic.com/gen4

缓冲网络

https://info.unitedsic.com/fet-design-tips?hsLang=en#rcsnubber




原文标题:打造理想半导体开关所面临的挑战

文章出处:【微信公众号:Qorvo半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • Qorvo
    +关注

    关注

    17

    文章

    616

    浏览量

    77359

原文标题:打造理想半导体开关所面临的挑战

文章出处:【微信号:Qorvo_Inc,微信公众号:Qorvo半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    AI如何助力EDA应对挑战

    探究当今产业背景和科技潮流中半导体产业面临挑战与变革时,不难发现,一个至关重要的转折点已经发生——人工智能(AI)的崛起正以前所未有的力量,对电子设计自动化(EDA)乃至整个
    的头像 发表于 10-17 10:21 372次阅读
    AI如何助力EDA应对<b class='flag-5'>挑战</b>

    Wolfspeed德国建厂计划推迟,欧盟半导体产业面临挑战

    近日,美国半导体制造商Wolfspeed宣布推迟了在德国萨尔州建设价值30亿美元工厂的计划,这一决定凸显了欧盟在增加半导体产量和减少对亚洲芯片依赖方面面临的严峻
    的头像 发表于 06-22 17:16 1065次阅读

    无锡哲讯:引领半导体企业ERP革新,打造行业数字化先锋

    半导体行业,随着技术的不断进步和市场需求的日益增长,企业面临着激烈的竞争和复杂的管理挑战。ERP系统作为现代企业管理的核心工具,对于半导体企业而言,其作用不容小觑。无锡哲讯智能科技有
    的头像 发表于 06-07 10:17 318次阅读

    喜讯 | MDD辰达半导体荣获蓝点奖“最具投资价值奖”

    。 左二:MDD辰达半导体销售总监 作为深耕半导体分立器件领域16年的专精企业,MDD辰达半导体始终坚持技术驱动和客户需求导向,致力于打造包括MOSFET、二极管、三极管、整流桥、Si
    发表于 05-30 10:41

    半导体封装技术的可靠性挑战与解决方案

    随着半导体技术的飞速发展,先进封装技术已成为提升芯片性能、实现系统高效集成的关键环节。本文将从生态系统和可靠性两个方面,深入探讨半导体先进封装技术的内涵、发展趋势及其面临挑战
    的头像 发表于 05-14 11:41 891次阅读
    <b class='flag-5'>半导体</b>封装技术的可靠性<b class='flag-5'>挑战</b>与解决方案

    半导体发展的四个时代

    台积电的 Suk Lee 发表了题为“摩尔定律和半导体行业的第四个时代”的主题演讲。Suk Lee表示,任何试图从半导体行业传奇而动荡的历史中发掘出一些意义的事情都会引起我的注意。正如台积电解释
    发表于 03-27 16:17

    半导体发展的四个时代

    台积电的 Suk Lee 发表了题为“摩尔定律和半导体行业的第四个时代”的主题演讲。Suk Lee表示,任何试图从半导体行业传奇而动荡的历史中发掘出一些意义的事情都会引起我的注意。正如台积电解释
    发表于 03-13 16:52

    半导体封装工艺面临挑战

    半导体工艺主要是应用微细加工技术、膜技术,把芯片及其他要素在各个区域中充分连接,如:基板、框架等区域中,有利于引出接线端子,通过可塑性绝缘介质后灌封固定,使其形成一个整体,以立体结构方式呈现,最终形成半导体封装工艺。
    发表于 03-01 10:30 721次阅读
    <b class='flag-5'>半导体</b>封装工艺<b class='flag-5'>面临</b>的<b class='flag-5'>挑战</b>

    一文读懂半导体晶圆形貌厚度测量的意义与挑战

    半导体晶圆形貌厚度测量是制造和研发的关键环节,涉及精确度和稳定性。面临纳米级别测量挑战,需要高精度设备和技术。反射、多层结构等干扰因素影响测量准确性。中图仪器推动测量技术发展,提高精度和速度,满足不同材料和结构需求。光学3D表面
    的头像 发表于 01-16 13:32 1076次阅读
    一文读懂<b class='flag-5'>半导体</b>晶圆形貌厚度测量的意义与<b class='flag-5'>挑战</b>

    面临挑战 硅以外的半导体材料选择

    随着技术的快速发展,硅作为传统半导体材料的局限性逐渐显现。探索硅的替代材料,成为了科研领域的重要任务。在本文中,我们将探讨硅面临挑战以及可能的替代材料。
    的头像 发表于 01-08 09:38 858次阅读

    意法半导体理想汽车共筑电动汽车未来

    意法半导体(简称ST),作为全球领先的半导体公司,服务于多重电子应用领域,近日与新能源汽车领域的佼佼者理想汽车达成了一项重要合作。根据这份长期供货协议,意法半导体将为
    的头像 发表于 01-04 14:36 788次阅读

    化解先进半导体封装挑战,这个工艺不得不说

    随着半导体技术的不断发展,封装工艺也面临着一系列挑战。本文将探讨其中一个重要的挑战,并提出一种化解该挑战的工艺方法。
    的头像 发表于 12-11 14:53 447次阅读

    全球汽车半导体面临挑战 分析师称有库存过剩担忧

    外媒在报道中提到,汽车半导体面临库存过剩担忧,主要是因为需求减少。电动汽车需求不振被认为是导致这一行业低迷的一个因素,汽车半导体需求减少则是根本原因。
    的头像 发表于 11-27 17:02 721次阅读

    了解半导体封装

    其实除了这些传统的封装,还有很多随着半导体发展新出现的封装技术,如一系列的先进封装和晶圆级封装等等。尽管半导体封装技术不断发展,但仍面临着一些挑战。首先,随着
    的头像 发表于 11-15 15:28 3359次阅读
    了解<b class='flag-5'>半导体</b>封装

    蓝光半导体激光器光学整形面临的技术挑战

    为何蓝光光学整形挑战巨大? 又当如何创新突破? 蓝光半导体激光器的应用在近几年得到了广泛拓展,与常见的近红外激光(750~1100 nm)相比,波长位于400~500 nm波段的蓝光拥有对铜等高反
    的头像 发表于 11-11 09:11 1053次阅读
    蓝光<b class='flag-5'>半导体</b>激光器光学整形<b class='flag-5'>面临</b>的技术<b class='flag-5'>挑战</b>