關(guān)于博世碳化硅功率器件的幾個(gè)常識(shí)

博世于2019年10月在德國(guó)正式宣布其開(kāi)始碳化硅相關(guān)業(yè)務(wù)。功率碳化硅半導(dǎo)體生產(chǎn)基地位于德國(guó)羅伊特林根。

博世碳化硅MOSFET以封裝或裸片形式提供。博世碳化硅為客戶提供多種封裝選擇，新開(kāi)發(fā)的TO263-7（D2-PAK-7）封裝主要用于表面貼裝（SMT），而成熟且廣泛使用的TO247-4設(shè)計(jì)是通孔技術(shù)的合適選擇，D2-PAK-7封裝的特點(diǎn)是背面觸點(diǎn)和連接器引腳之間的爬電距離增加（圖1），因此，客戶無(wú)需滿足特殊的CTI要求即可實(shí)現(xiàn)高壓應(yīng)用。）

開(kāi)爾文源——減少開(kāi)關(guān)損耗，驅(qū)動(dòng)更穩(wěn)定

在這兩種封裝中，開(kāi)爾文源均直接連接至引腳（圖2）。該引腳用作控制電壓的參考，并有助于消除源電感對(duì)開(kāi)關(guān)速度的影響，否則會(huì)導(dǎo)致電壓失調(diào)（VL）。

圖2：使用開(kāi)爾文源降低了源電感對(duì)開(kāi)關(guān)速度的影響 （來(lái)源：博世）

開(kāi)爾文封裝引腳屬于專用源極連接引腳，可以用作柵極驅(qū)動(dòng)電壓的基準(zhǔn)電位，通過(guò)消除源極電感導(dǎo)致的電壓降的影響，進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗。

博世雙通道溝槽技術(shù)

博世專門(mén)開(kāi)發(fā)的雙通道溝槽技術(shù)可確保更高的效率（圖3）。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)MOSFET的低電阻設(shè)計(jì)以及小于1 Ohm的低內(nèi)部柵極電阻。這允許負(fù)載電流的急速上升（di/dt），進(jìn)而，開(kāi)關(guān)損耗的降低、開(kāi)關(guān)頻率更高。

圖3：博世獨(dú)創(chuàng)的雙通道溝槽技術(shù) （來(lái)源：博世）

但是，快速切換也會(huì)產(chǎn)生副作用。迅速開(kāi)關(guān)會(huì)在導(dǎo)通和關(guān)斷切換過(guò)程中引起不可避免的寄生電感和電容振蕩，由此產(chǎn)生的功率和電壓峰值會(huì)使電路的組件過(guò)載。每個(gè)碳化硅MOSFET其內(nèi)部電容和電感都參與在其中。為了改進(jìn)，我們?cè)跂艠O線上增加一個(gè)外部電阻可以在開(kāi)關(guān)速度和電容振蕩趨勢(shì)之間進(jìn)行折衷（圖4和5）。

圖4：針對(duì)汽車逆變器應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化的1200V導(dǎo)通。

測(cè)量條件：

溫度：25°C，VGS(on): 18V, VGS(off): -5V, RGate ext: 13Ohm, ID: 160A, UBatt: 850V（來(lái)源：博世）

圖5：針對(duì)汽車逆變器應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化的1200V關(guān)斷。測(cè)量條件：

溫度：25°C，VGS（on）：18V，VGS（off）：-5V，RGate ext：13Ohm，ID：160A，UBatt：850V （來(lái)源：博世）

博世碳化硅助力車規(guī)應(yīng)用的穩(wěn)定表現(xiàn)

優(yōu)化的設(shè)計(jì)和高質(zhì)量的柵極氧化物可實(shí)現(xiàn)從-5V至+18V的寬柵極控制電壓范圍，甚至對(duì)于從-11V至+25V的短脈沖也是如此。該柵極電壓范圍與高電壓組合柵極閾值電壓為3.5V，可實(shí)現(xiàn)非常好的安全距離，以防止意外接通。

米勒系數(shù)也已進(jìn)行了優(yōu)化，典型值為1，可將輸出到門(mén)的反饋降至最低。即使在漏極連接處具有高電壓梯度（dV/dt），也可以確保可靠的切換。

對(duì)于車輛中的功率器件，在任何情況下都能安全駕駛至關(guān)重要。與驅(qū)電路一起工作時(shí)，這就要求電源開(kāi)關(guān)能夠承受負(fù)載側(cè)的短路，通常持續(xù)3μs，不會(huì)造成損壞。這個(gè)時(shí)間可以保護(hù)電路檢測(cè)到短路并觸發(fā)負(fù)載電流切斷。短路時(shí)間的進(jìn)一步增加將導(dǎo)致導(dǎo)通電阻（RDSon）的增加，從而導(dǎo)致功率損失。博世碳化硅MOSFET經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可同時(shí)保持3μs的持續(xù)時(shí)間和最佳RDSon（圖6）。

圖6：TO247-3L中SiC-MOSFET的短路測(cè)量

測(cè)量條件：溫度：25°C，VGS（on）：15V，VGS（off）：-5V，RGext：6,2 Ohm，VBatt：800V （來(lái)源：博世）

原文標(biāo)題：關(guān)于博世碳化硅功率器件的幾個(gè)常識(shí)，你可能還不知道！

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