Доклад - Макро Групп

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