SiC ТРАНЗИСТОРЫ CREE А н д р е й Л е б е д е в, менеджер по продукции Wolfspeed / Cree Вебинар 19 и 21 января 2016 В ЧЕМ ПРЕИМУЩЕСТВА SIC MOSFET ? СРАВНЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ IGBT И SiC MOSFET 60 50 Приборы 12-го класса 40 V DS SiC MOSFET Рабочий ток, 30 A VCE IGBT 20 10 0 0.5 1.0 1.5 Управляющее напряжение, В 2.0 2.5 Потери в проводящем режиме при токе нагрузки до 50 А у SiC-транзисторов в 2 раза ниже, чем у аналогичных IGBT ПРИМЕР 1 : ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧТОБЫ УМЕНЬШИТЬ ПОТЕРИ IGBT, НУЖНО СНИЖАТЬ ЧАСТОТУ ДЛЯ ЭТОГО НУЖНЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ – КРУПНЕЕ И ДОРОЖЕ, ЧЕМ С SIC MOSFET ПРИМЕР 2 : ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 10 КВТ ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЁТ СТОИМОСТИ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 10 КВТ Для частоты 20 кГц Для частоты 60 кГц Для частоты 100 кГц Дроссель $42 $24 $13 Конденсатор $65 $59 $55 Теплоотвод $45 $30 $38 Активные компоненты $10 $24 $24 Всего $162 $137 $130 ПРИМЕР 3 : ИНВЕРТОР 50 КВТ Вес 173 кг 139 см Объем Пик. КПД 0,4 м3 98,3% 34 см 85 см 61 см НА ДИСКРЕТНЫХ SIC МОП-КЛЮЧАХ Вес Объем 50 кг 0,2 м3 89 см 38 см НА SIC МОДУЛЕ “6-PACK” Вес 33 кг Объем 0,08 м3 Пик. КПД 99,1% 74 см 24 см 43 см СРАВНЕНИЕ ИНВЕРТОРОВ 50 КВТ SiC И Si С использованием IGBT Рабочее напряжение, В С использованием SiC модуля 200…850 400…1000 50 50 Пиковый КПД, % 98.3 99.1 Выходное напряжение, В 480 480 Рабочая температура, °C -30 … 60 ограничение мощности при > 45 °C Ном. выходная мощность, кВт -30 … 60 без ограничения мощности Вес, кг 173 33 Габариты, м3 0.41 0.08 В ИТОГЕ – ЧТО ДАЁТ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ SiC ? Уменьшить габариты устройства Упростить отведение тепла Снизить общую стоимость устройства ДАННЫЕ ПО НАДЁЖНОСТИ SiC-ТРАНЗИСТОРОВ Наработка на отказ транзистора при напряжении 800 В – 30 млн часов 108 107 106 Время, ч 105 104 103 102 800 1000 1200 1400 1600 1800 Напряжение сток – исток, В Тесты MOSFET (R DSON 80 мОм 1200 В) с повышенным напряжением сдвига при 150 °С Наработка на отказ затвора при напряжении 20 В – 8 млн часов 108 107 106 Время, ч 105 104 103 102 10 20 25 35 40 Напряжение на затворе, В Тесты MOSFET (R DSON 80 мОм 1200 В) с повышенным напряжением затвор-исток при 150°С 2070 В 50 А Напряжение на стоке, В Ток стока, А Время, с Пробой SiC транзистора C2M0025120D (1200 В, R DSON 25 мОм) Энергия пробоя = 3,5 Дж (в 10 раз выше, чем для IGBT) 108 107 Si IGBT IGW40N120H3 106 105 Отказов / 10 9 часов Si MOSFET IXFB40N110P 104 103 Cree C2M0080120D 102 10 500 700 800 900 1100 1300 Напряжение сток – исток, В Влияние космического излучения на транзисторы Cree C2M0080120D : при VDS 1100…1350 В отказов нет РЕАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ – ХОРОШИЙ ТЕСТ! ОТЛАДОЧНЫЙ НАБОР KIT8020-CRD-8FF1217-1 «СЕГОДНЯ – IGBT, ЗАВТРА – SIC MOSFET» КАКИЕ SIC ПРИБОРЫ БУДУТ ДОСТУПНЫ ? Диоды Шоттки на ток 1…50 А МОП-транзисторы 900 В, 1200 В, 1700 В Модули на ток 20…300 А (1200 или 1700 В) Драйверы МОП-транзисторы 10 кВ SiC МОП-ТРАНЗИСТОРЫ НА 900 ВОЛЬТ I D, А IDPEAK, А RDSON, мОм Корпус C3M006590J 35 90 65 D2PAK C3M0120090D 23 50 120 TO-247 C3M0120090J 22 50 120 D2PAK C3M0280090D 11,5 22 280 TO-247 C3M0280090J 11 22 280 D2PAK Наименование В ЧЕМ ПРЕИМУЩЕСТВА SiC КЛЮЧЕЙ 900 В ? 1) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ BODY ДИОДА IF, А Cree MOSFET 900 В QRR = 131 нК Традиционный MOSFET 900 В QRR = 30’000 нК Время, нс 2) МЕНЬШИЙ «УХОД» СОПРОТИВЛЕНИЯ R DSON НА ВСЕМ ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУРЫ Традиционный MOSFET 900 В В 3 раза ниже! RDSON, мОм Cree MOSFET 900 В TJ, °C СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННЫХ И SiC MOSFET 900 В Параметры Комментарии RDSON п р и 25°C, мОм Cree C3M0065090J 65 CoolMOS™ IPB90R340C3 280 RDSON п р и 150°C, мОм 90 760 8.4x лучше чемSi Пиковый ток, А 90 34 2.6x лучше чем Si Заряд затвора, нК 30 94 3x лучше чем Si Ёмкость восст., пФ 660 2400 3.6x лучше чем Si Заряд восст., нК 131 11 000 80x лучше чем Si Время восстановления, нс 16 510 32x лучше чем Si D2PAK D2PAK Корпус 4.3x лучше чемSi СРАВНЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ ТРАНЗИСТОРОВ CREE D2PAK И TO-247 Динамические потери, мкДж TO-247 D2PAK Ток сток-исток, А Динамические потери при токе 20 А TO-247 325 мкДж D2PAK 65 мкДж SiC КЛЮЧИ 900 В – НЕПЛОХАЯ ЗАМЕНА ТРАДИЦИОННЫМ IGBT И MOSFET! 10 КВ SiC ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ Для получения доп. информации необходимо подписать документ о неразглашении MOSFET VDS = 10 кВ RDS(25°C) = 350 мОм ID = 17 А (при TJ = 150°C) TJ = -55 … +150°C Размер кристалла – 8.1 х 8.1 мм Диод Шоттки VDS = 10 кВ IF = 17 А (при TJ = 150°C) VF = 15.2 В (при TJ =150°C) TJ = -55 … +150°C Размер кристалла – 8.1 х 8.1 мм Пример исполнения в корпусе на 10 кВ MOSFET + встречно-параллельный диод ПОТЕРИ НА ВКЛЮЧЕНИИ И ВЫКЛЮЧЕНИИ 10 КВ SiC КЛЮЧЕЙ VDS, кВ VGS, В ID, А Время, мкс Потери при включении EON = 8,4 мДж Время включения = 150 нс VGS, В VDS, кВ ID, А Время, мкс Потери при выключении EOFF = 1,4 мДж Время выключения = 150 нс СРАВНЕНИЕ ПОТЕРЬ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ SiC И Si КЛЮЧЕЙ Прибор Cree SiC MOSFET ABB Si IGBT Напряжение, кВ Потери на переключении при частоте, Вт/см2 Статические потери, Вт/см2 500 Гц 5 кГц 20 кГц 12 4 40 160 100 2 x 6,5 72,5 725 2900 182 О КОМПАНИИ: WOLFSPEED, A CREE COMPANY Расположение – Северная Каролина, США Выручка 120 млн $ (2015) Штат 450 сотрудников Планируется IPO в 2016 Буду рад ответить на ваши вопросы! Андрей Лебедев, менеджер по продукции Wolfspeed / Cree Email : lebedev@macrogroup.ru Телефон : (812) 370-60-70 доб. 274 Макро Групп – дистрибьютор Wolfspeed в России