Как да намалите загубите на проводимост на SIC устройства?

Намаляването на загубите от проводимост на SIC (силициев карбид) устройства е решаващ аспект в областта на електрониката на захранването. Като доставчик на устройства SIC ние разбираме значението на това предизвикателство и се ангажираме да предоставяме решения, които повишават ефективността на тези усъвършенствани компоненти. В този блог ще проучим различни стратегии за намаляване на загубите от проводимост на SIC устройства, предлагайки прозрения и практически подходи за инженери и дизайнери.

Разбиране на загубите на проводимост в SIC устройства

Преди да се задълбочи в методите за намаляване на загубите от проводимост, е от съществено значение да се разбере какво ги причинява. Загубите на проводимост възникват, когато токът преминава през полупроводниково устройство и те се определят предимно от съпротивлението ($ r_ {ds (on)} $) на устройството и квадрата на тока ($ i^2 $), преминаваща през него, следвайки формулата $ p_ {cond} = i^2r_ {ds (нататък)} $. В SIC устройства, катоSic mosfetиДиод Sic Schottky, Съпротивлението на ON - е ключов фактор, влияещ върху загубите на проводимост.

SIC Материалите имат няколко предимства пред традиционните силиконови материали, включително по -голямо електрическо поле за срив, по -висока топлопроводимост и по -ниска вътрешна концентрация на носители. Тези свойства позволяват на SIC устройствата да работят при по -високи напрежения, температури и честоти, но те все още са изправени пред проблема с загубите на проводимост, което може да намали общата ефективност на енергийната система.

Стратегии за намаляване на загубите от проводимост

1. Оптимизиране на дизайна на устройството

Дизайнът на SIC устройства играе значителна роля за определяне на тяхната съпротива. Чрез оптимизиране на структурата на устройството можем да намалим пътя на съпротивление за токов поток. Например, при SIC MOSFET, дизайнът на клетките може да бъде оптимизиран, за да се увеличи плътността на канала и да намали съпротивлението между източника и канализацията. Техниките за усъвършенствана производство могат да се използват за подобряване на качеството на оксида на портата и интерфейса между SIC и оксида, което може да подобри подвижността на канала и допълнително да намали съпротивлението.

В диодите на SIC Schottky, металното -полупроводниковият интерфейс може да бъде проектиран за намаляване на контактното съпротивление. Изборът на метал и повърхностната обработка на SIC може да окаже дълбоко влияние върху спада на напрежението на предното напрежение на диода, който е пряко свързан с загубите на проводимост. Използвайки усъвършенствани процеси на метализация и техники за пасивиране на повърхността, можем да постигнем по -нисък спад на напрежението напред и по този начин да намалим загубите на проводимост.

2. Изберете подходящи оценки на устройството

Изборът на правилните оценки на устройството SIC за конкретно приложение е от решаващо значение за минимизиране на загубите от проводимост. Голяма в размер на устройството може да доведе до по -високи разходи и по -големи физически размери, докато недооценяването може да доведе до прекомерна плътност на тока и повишени загуби на проводимост. При избора на SIC MOSFET, например, трябва да вземем предвид максималните изисквания за ток и напрежение на приложението, както и честотата на превключване. Устройство с по -ниско съпротивление обикновено се предпочита, но също така е важно да се гарантира, че устройството може да се справи с очакваното разсейване на мощността без прегряване.

По същия начин, за диодите на SIC Schottky, рейтингът на текущия напред и рейтингът на обратното напрежение трябва да бъдат внимателно подбрани въз основа на изискванията на приложението. Диод с по -нисък спад на напрежението напред може значително да намали загубите на проводимост, особено при приложения с висок ток.

3. Подобряване на термичното управление

Термичното управление е важен аспект на намаляване на загубите от проводимост в SIC устройства. С увеличаването на температурата на SIC устройство, неговата съпротивление също се увеличава, което води до по -високи загуби на проводимост. Следователно, ефективното термично управление е от съществено значение, за да се поддържа температурата на устройството в приемлив диапазон.

Един от начините за подобряване на термичното управление е използването на високо -термични материали за проводимост за радиаторни мивки и субстрати. Например, материали като мед и алуминиев нитрид имат отлична топлопроводимост и могат ефективно да разсеят топлината от устройството SIC. Освен това правилният дизайн на радиатора, включително използването на перки и оптимизиран въздушен поток, може да повиши ефективността на топлопреминаването.

Друг подход е използването на системи за течно охлаждане, които могат да осигурят по -ефективно отстраняване на топлина в сравнение със системите за охлаждане на въздуха. Течното охлаждане може да бъде особено полезно при приложения с висока мощност, където изискванията за разсейване на топлината са значителни.

4. Използвайте паралелна връзка на устройства

В някои високи текущи приложения свързването на няколко SIC устройства паралелно може да бъде ефективен начин за намаляване на загубите от проводимост. Когато устройствата са свързани паралелно, общият ток е разделен между устройствата, което води до по -нисък ток, преминаващ през всяко устройство. Тъй като загубите на проводимост са пропорционални на квадрата на тока, намаляването на тока във всяко устройство може значително да намали общите загуби на проводимост.

Въпреки това, когато използвате паралелна връзка, е важно да се гарантира, че устройствата са добре съвпадащи по отношение на техните електрически характеристики, като например съпротивление и прагово напрежение. В противен случай може да възникне текущ дисбаланс, което води до неравномерно разсейване на мощността и потенциално увреждане на устройствата. За да се справят с този проблем, могат да се използват текущи техники за споделяне, като използване на външни резистори или индуктори, за да се гарантира, че токът е равномерно разпределен между паралелно свързани устройства.

Въздействие от намаляване на загубите от проводимост

Намаляването на загубите от проводимост на SIC устройства има няколко значителни предимства. Първо, тя подобрява общата ефективност на енергийната система. При приложения с висока мощност дори малко намаляване на загубите от проводимост може да доведе до значително увеличаване на икономията на енергия. Това е особено важно в приложения като електрически превозни средства, възобновяеми енергийни системи и промишлени електроенергия, където енергийната ефективност е ключов проблем.

Второ, по -ниските загуби на проводимост водят до намалено генериране на топлина в устройствата. Това не само опростява изискванията за термично управление, но и удължава живота на устройствата. SIC устройствата, работещи при по -ниски температури, са по -малко предразположени към термичен стрес и разграждане, което може да подобри надеждността и стабилността на електроенергийната система.

Заключение

Като доставчик на устройства SIC, ние сме посветени на това да помогнем на нашите клиенти да намалят загубите на проводимост на SIC устройства чрез комбинация от модерен дизайн на устройството, правилен избор на устройства, ефективно управление на термика и иновативни техники за приложение. Чрез прилагането на тези стратегии инженерите и дизайнерите могат да повишат ефективността и надеждността на своите енергийни системи.

Ако се интересувате да научите повече за нашите устройства SIC или да имате специфични изисквания за намаляване на загубите от проводимост във вашите приложения, ние ви каним да се свържете с нас за поръчки и допълнителни технически дискусии. Екипът ни от експерти е готов да ви предостави най -добрите решения, съобразени с вашите нужди.

ЛИТЕРАТУРА

1. BJ Baliga, „Power Semiconductor устройства“, Springer, 2008.
2. AK Agarwal, „Захранващи устройства на силициев карбид“, World Scientific, 2015.
3. „Високо - напрежение, високо честотна мощност MOSFET: Дизайн, характеристика и приложения“, IEEE транзакции на Power Electronics, Vol. 27, не. 6, стр. 2732 - 2741, 2012.