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在電源應用中,哪怕已經(jīng)確定拓撲結構、頻率和負載范圍等需求,工程師短時間內(nèi)也很難判斷哪一種開關技術最好……“品質(zhì)因數(shù)”(Figure of Merit, FoM),就是幫助電源設計人員直觀衡量功率器件性能優(yōu)劣的重要概念,特別是損耗描述方面,在挑選功率器件時可以發(fā)揮“神助攻”。
FoM其中一個指標是RDS x Area、器件導通電阻與晶粒面積的乘積,它有效表明了給定晶粒體積與導電損耗的關系,即始終可以通過提高晶粒體積降低導通電阻,但是電容、開關損耗和成本也會隨之增加。
RDS(on) x Eoss是另一個指標,它結合了導電損耗與開關損耗,開關損耗是由器件輸出電容內(nèi)存儲的能量造成的,該指標對硬開關拓撲結構十分重要。
RDS(on) x Qg也是指標之一,即器件導通電阻與門級電荷的乘積,RDS(on)越小則導通損耗越小,Qg越小則開關速度越快、動態(tài)功耗更小,因此RDS(on) x Qg越小,功率器件綜合性能越優(yōu)秀。
更多指標,例如各種開關類型的溝道影響和反向導電損耗可以用RDS(on) x Qrr這一指標描述;在高頻軟開關拓撲結構中表示性能的一個指標是RDS(on) x Coss,tr,其中的tr表示“與時間相關”等等……
通過對比不同功率器件的品質(zhì)因數(shù)FoM(一般越小越好),電源設計人員可以確定最適合其設計的技術,這不僅適用于特定的產(chǎn)品規(guī)格,也可以廣泛對比各種拓撲、功率等級的產(chǎn)品性能。
FoM行業(yè)新標桿
Qorvo 第4代 SiC FET
備受矚目的Qorvo第4代SiC FET可以為業(yè)界提供了一流的開關速度、更低的開關損耗、更高的效率等性能,包括5.4~60mohm導通電阻的750V UJ4C/SC系列、23~70mohm導通電阻的1200V UF4C/SC系列等產(chǎn)品,能夠為電源設計人員提供多種器件選項和優(yōu)異的設計靈活性,有助于打造具有成本效益的SiC電源解決方案。
通過以下系列圖片,了解Qorvo第4代 SiC FET與其他先進廠商SiC MOSFET的FoM差異。
750V SiC FET與同類產(chǎn)品的FoM參數(shù)歸一化對比
*基于20~30mohm SiC MOSFET的公開Datasheet數(shù)據(jù)(截至2022年7月)
1200V SiC FET與同類產(chǎn)品的FoM參數(shù)歸一化對比
*基于30~40mohm、TO-247-3L和TO-247-4L封裝SiC MOSFET的公開Datasheet數(shù)據(jù)(截至2022年4月)
在硬開關、軟開關等細分應用中,電源設計人員關注的FoM指標也有所側重。通過以下匯總的數(shù)據(jù)表結果,可以看出:與同類SiC MOSFET相比,Qorvo第4代SiC FET系列在硬開關和軟開關電路中提供更低的導通損耗、簡單的柵極驅動和更低的開關損耗。
750V SiC FET①硬開關:基于低RDS(on) x Eoss/Qoss 的最低總損耗,優(yōu)于同類產(chǎn)品近1.5倍。②軟開關:持續(xù)的低RDS(on) x Coss,tr可在軟開關應用中實現(xiàn)更高的功率密度,Qg x VDrive的柵極驅動損耗較同類產(chǎn)品低2.5~6倍。
③RDSx Area:在特定尺寸或封裝類型下,整體有效溫度范圍內(nèi)的傳導損耗最低。
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1200V SiC FET①硬開關:基于低RDS(on)x Eoss/Qoss的最低總損耗,優(yōu)于同類產(chǎn)品近2倍。②軟開關:持續(xù)的低RDS(on)x Coss,tr可在軟開關應用中實現(xiàn)更高的功率密度,Qgx VDrive的柵極驅動損耗較同類產(chǎn)品低5~10倍。③RDSx Qg:非常低的RDSx Qg和0-12V柵極驅動電壓可降低驅動損耗,特別在高頻軟開關應用中;有助于簡化設計和減少板級散熱管理。
TOLL封裝一小步高功率密度應用一大步
從傳統(tǒng)封裝過渡到新型封裝和熱解決方案是功率器件發(fā)展的重要趨勢之一。2023年3月,Qorvo重磅發(fā)布TOLL封裝的高功率5.4mohm 750V SiC FET,為受空間限制的應用場景提供高能效、高功率密度的產(chǎn)品選擇,賦能服務器、數(shù)據(jù)中心、可再生能源和儲能、汽車和工業(yè)充電等領域。
對比市面上600/750V功率器件,Qorvo第4代SiC FET在導通電阻、輸出電容等FoM方面表現(xiàn)出色,例如在TOLL封裝中,5.4mohm的導通電阻,比同類產(chǎn)品中領先的Si MOSFET、SiC MOSFET和GaN晶體管等還要低4-10倍。
這款新品的TOLL 封裝尺寸相比D2PAK表面貼裝器件減少30%,高度僅為2.3mm,相當于同類產(chǎn)品的一半。盡管尺寸縮小,但先進的制造技術實現(xiàn)了從結到殼的行業(yè)領先的0.1°C/W 熱阻。其他優(yōu)異特性如直流電流額定值為120A,最高可達144°C,在0.5毫秒內(nèi)脈沖額定電流可高達588A等,使其推出之際就受到了業(yè)界的廣泛關注。
目前,在行業(yè)知名媒體《行家說三代半》的“年度優(yōu)秀產(chǎn)品獎”評選中,Qorvo第4代750V SiC FET正與其他62家優(yōu)秀企業(yè)產(chǎn)品同臺競逐、共推三代半創(chuàng)新。歡迎小伙伴們動動大拇指,為Qorvo投出關鍵的一票!Qorvo邀您一起,助力SiC打造高能效未來
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:多圖預警 | 如何正確理解功率器件的FoM?
文章出處:【微信號:Qorvo_Inc,微信公眾號:Qorvo半導體】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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