*本文作者:David Schnaufer,Qorvo技术营销传播经理
每隔一段时间便会偶尔出现全新的半导体开关技术;当这些技术进入市场时,便会产生巨大的影响。使用碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽带隙材料的器件技术无疑已经做到了这一点。与传统硅基产品相比,这些宽带隙技术材料在提升功率转换效率和缩减尺寸方面都有了质的飞跃。
凭借SiC在缩减尺寸方面的全新能力,Qorvo的SiC FET技术用于采用TO-Leadless(TOLL)封装的750V器件开发,并扩大了其领先优势。那么,如此小巧的TOLL封装能带来什么?这正是我们下面要深入探讨的问题。
封装因素 与TO-247和D2PAK相比,TOLL封装的体积缩小了30%,高度降低了一半,仅为2.3毫米。因此,就尺寸而言,其显著优于TO-247和D2PAK标准封装。除了这些品质外,Qorvo的SiC-FET还为客户的整体最终设计提供了其它关键因素。下面我们将对此做简要介绍。 权衡考虑 与任何半导体技术一样,设计工程师在创建应用时必须对参数的权衡加以考虑。任何设计工程师所能期望的最好结果就是找到一个最佳的中间地带。事实上,Qorvo的SiC-FET具有业内最低的 RDS(ON)。更低的RDS(ON)允许使用较小的封装获得较高的额定电流。因此,通过减小尺寸,我们可以在TOLL封装内放置一个750V SiC-FET。 RDS(ON)与效率的关系:-
所有FET在传导过程中都会产生一定的功率损耗。传导中的功率损耗与额定RDS(ON)值成正比;这种损耗等效于系统效率的下降。通常情况下,要达到较低的RDS(ON),就需要增大FET的尺寸;然而,这就相当于在降低传导损耗的同时,增大了半导体尺寸(见下图1)。而增大FET尺寸便意味着增加了成本和开关损耗。显然,成本和RDS(ON)之间存在着折衷。就Qorvo的SiC-FET而言,由于元件的整体尺寸远远小于竞争对手SiC、硅或GaN功率技术产品,因而能够将这种折衷降至最低(见图3 左图)。
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如上图所示,不仅在RDS(ON)和尺寸间存在权衡取舍,开关能量和RDS(ON)之间也是如此。随着器件RDS(ON)的增加,开关能量(Eon和Eoff)也会增加;也就是说,当RDS(ON)和传导损耗走向更低的方向,Eon和Eoff开关损耗也会增加。在电动车DC/DC转换器或功率因数校正(PFC)解决方案等硬开关应用中,这两个参数间的权衡带来更大的挑战。但最终,通过平衡这两个参数,可以实现优化的结果。将Qorvo的SiC-FET与其它电源技术进行比较,可以发现两者的竞争优势基本相当。
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在电动车用DC/DC转换器等软开关应用中,RDS(ON)与Coss(tr)或FET输出电容(tr-表示与时间相关)间需进行权衡(参见下图);器件 RDS(ON)越低,Coss(tr)越大。在软开关应用中,Coss(tr)是决定FET工作频率的关键因素。输出电容越小,工作频率就越高。在软开关应用中,则要在这两个参数间做出选择,以确保系统达到最佳工作频率。也就是说,如图 3 右侧所示,Qorvo的SiC-FET技术在给定Coss(tr)的情况下具有更低的总RDS(ON),使得Qorvo的SiC-FET技术在许多软开关应用中更具优势。
原文标题:以更小封装实现更大开关功率,Qorvo SiC FET如何做到的?
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