Page 12 - EV Hypercar突破重量與動力極限

PULSE
圖2:採用1700V Infineon CoolSiC MOSFET的參考設計。
標，它代表SiC和GaN之間的差異 及其各自適合的應用。GaN的電 子遷移率為2000cm2/Vs，而矽為 1500cm2/Vs。然而，SiC電子遷 移率要慢得多，大約為650cm2/ Vs，因而不適用於高速開關應用。 但是，GaN的電子遷移率是SiC三 倍，適合在更高開關頻率下操作。
導熱性是影響高功率轉換和 馬達驅動應用的另一項物理特性。 元件內產生熱量需要盡可能高效 地傳導出去，而導熱性指標則表示 材料透過自身進行熱傳導之效率。 就該指標而言，氮化鎵導熱能力略 低於矽，但碳化矽導熱效率卻是矽 的三倍，因此非常適合高溫應用。
(圖片來源:Infineon Technologies)
寬能隙元件技術優勢
而且，SiC和GaN元件的實體 結構比相應的矽元件體積更小、 重量更輕，因而可以實現更緊湊、 更輕巧的半導體元件。由於具有尺 寸較小的晶片，元件內部電容影響 減小，進而允許更高開關頻率。例 如，在相同的操作電壓範圍下，矽 基MOSFET的晶片面積大約是SiC MOSFET的五倍。
相關被動元件，例如電感器、變壓 器和電容器等。
例如，英飛凌的CoolSiC和 CoolGaN產品組合分別提供了 SiC和GaN元件。經過最佳化的 CoolSiC系列元件是1700V SiC Trench MOSFET，可用於返馳式 轉換器拓撲架構，具有非常低的 開關損耗，並且與大多數12V控 制器驅動器IC相容。該MOSFET 採用TO-263 7L表面貼裝格式， 汲極與源極之間的漏電距離為 7mm，確保可以輕鬆滿足終端產 品的安全標準。此外，單獨的驅 動器源極接腳有助於減少通常由 閘極迴路寄生電感引起的閘極 振鈴。英飛凌並為其提供參考設 計，有助於工程師使用三相單端 返馳式轉換器拓撲架構開發輔助 電源，如圖2。
器和電容器，從而進一步節省PCB 空間和材料清單(BoM)成本。
業界多家供應商目前提供 了各種封裝尺寸、製程技術和額 定 電 壓 的 寬 能 隙 元 件，這 些 供 應商包括英飛凌科技(Infineon Technologies)、意法半導體 (STMicroelectronics)、羅姆半 導體(ROHM Semiconductor) 以及GaN Systems等。除了元件 本身之外，評估板和參考設計也 有助於加快原型設計和終端產品 的開發。
寬能隙功率轉換應用實務
寬能隙化合物半導體的另 一個重要特性是其導通電阻 (Rds(on))明顯低於矽MOSFET， 進而能夠降低功率轉換應用中的 開關損耗，而其他部份的開關損 耗則發生在功率轉換器中使用的
憑藉著上述的優勢，寬能隙 半導體元件非常適合於功率轉換 和馬達驅動應用。這些優勢之間 彼此相互關聯、共同作用，有助於 實現更高能效、體積更緊湊和功 能更強大應用。氮化鎵和碳化矽 之間的差異還決定了哪一種寬能 隙材料更適合於某個特定應用。 例如，SiC具有出色導熱性，因而 適合用於高溫系統。
CoolGaN系列則包括 一個600V增強模式、通常關 斷型超快速開關功率電晶體 IGOT60R070D1。該元件最大 Rds(on)額定值為70mΩ，適合於
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在基於GaN和SiC元件的電路 中，由於能夠在更高開關頻率下操 作，因而得以使用體積更小的電感