Современная электроника №9/2019

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 33 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2019 Рис. 2. Нормализованная стоимость индуктивности в зависимости от частоты переключения Рис. 3. Нормализованная стоимость конденсаторов в зависимости от частоты переключения Рис. 4. Нормализованная стоимость модуля DC/DC-преобразователя риты и, соответственно, массу индук- тивностей. Также они позволяют сни- зить электромагнитные помехи благо- даря чрезвычайно малой величине тока обратного восстановления, что в ряде случаев даёт возможность не исполь- зовать сетевой фильтр. Преимуществами SiC FET-транзис- торов являются: ● большая частота переключения – на порядок выше, чем у лучших IGBT- транзисторов [2]; ● низкое сопротивление в открытом состоянии (на порядок ниже, чем у лучших кремниевых приборов), что даёт возможность при приемлемом размере кристалла ( ~ 25…28 мм 2 у Cree) получать 1200 В приборы с со- противлением в открытом состоянии 16…25 мОм; ● высокая рабочая температура пере- хода до +250°С (ограничивается в ос- новном возможностями корпуса). По сравнению с мощными кремние- выми IGBT+FRD приборами транзисто- ры FET+SBD на карбиде кремния могут работать в устройствах с частотой пре- образования до 50 кГц и выше. Основ- ные электрические параметры SiC FET- транзисторовпроизводстваCree, GeneSiC, ST иRohmприведеныв таблице 2. По результатам сравнительных иссле- дований, проведённых компаниями Rohm и STMicroelectronics, использо- вание SiC FET + SiC-диодов Шоттки в сравнении с IGBT и FRD на кремнии позволяет снизить потери мощности более чем на 50% и увеличить эффек- тивность конечных устройств более чем на 5% [3, 4]. При этом за счёт использо- вания частоты 100 кГц (вместо 25 кГц в случае с IGBT и FRD на кремнии) в boost-конвертере мощностью 5 кВт сто- имость индуктивностей на плате снижа- ется примерно на 40% (см. рис. 2), кон- денсаторов – на 70…72% (см. рис. 3), стоимость радиаторов охлаждения – в 1,5–3 раза. Таким образом, при стоимо- сти SiC-приборов больше, чем соответ- ствующих по мощности Si-приборов, себестоимость конечного модуля может быть такой же и даже ниже, а в пер- спективе – в 2 раза меньше при усло- вии уменьшения стоимости SiC-диодов Шоттки в 2,5–3 раза (см. рис. 4) [2]. Таблица 1. Основные электрические параметры SiC-диодов Шоттки производства Cree, GeneSiC, Infineon и Rohm Электрические параметры Значения Максимальный прямой ток, I F.MAX , при T КОР ≤ +150…+225°С От 1 до 200 А Максимальный средний прямой ток, I F(RMS) при T КОР ≤ +150…+225°С От 1 до 500 А Типовое прямое напряжение, V F , при I F =I F.MAX , T ПЕР до +120…+250°С 1,6…2,4 В Заряд обратного восстановления, Q C , при T ПЕР =+25°С (в зависимости от максимального тока) От 5 до 250 нКл Обратное напряжение V R , V RRM 600, 650, 1200, 1700, 3300 В Температурный диапазон кристалла –60…+250°С Таблица 2. Основные электрические параметры SiC FET-транзисторов производства Cree, GeneSiC, ST и Rohm Электрические параметры Значения Максимальный ток стока, I D.MAX , при T КОР ≤ +25°С От 1 до 120 А Максимальный ток стока, I D.MAX , при T КОР ≤ +150°С От 1 до 85 А Пороговое напряжение, V gs(th) ~1,7...4,0 В Максимальное напряжение сток-исток, V DS 600, 650, 900, 1000, 1200, 1700 В Удельное сопротивление в открытом состоянии, R SP , при I D =I D.MAX , T ПЕР =+25/+150°С 2,5…3,0/3,5…5,0 мОм·см 2 для 1200 В приборов 30 50 40 30 20 10 0 25 20 15 10 5 0 0 0 20 20 40 40 60 60 80 80 100 100 120 120 120 100 80 60 40 Si SiC SiC (в перспективе) Транзистор Диод Пассивные компоненты Устройства охлаждения 20 0 f sw , кГц f sw , кГц