SMPD 先进绝缘封装充分发挥SiC MOSFET优势

发布时间:

2023-05-19 13:57

SOPLUS - SMPD 及其优势

SMPD代表表面安装功率器件(Surface Mount Power Device),是先进的顶部散热绝缘封装,由IXYS(现在是Littelfuse公司的一部分)在2012年开发。SMPD只有硬币大小,具有几项关键优势:

·      集成DCB绝缘,可在功率和温度循环下提供最佳的可靠性。

·      IXYS专有DCB结构具有最低2.5kV绝缘电压。

·      在器件中优化DCB空间的使用,提高功率密度,简化热管理。

·      允许标准回流焊,便于制造。

SMPD可用于标准拓扑结构,如降压、升压、桥臂(phase-leg),甚至是定制的组合。它们可用于各种技术产品,如Si/SiC MOSFET、IGBT、二极管、晶闸管、三端双向可控硅,或定制组合,具有从40V到3000V不同电压等级。

 

与标准分立器件相比,基于SiC的SMPD具有性能优势

在基于碳化硅(SiC)MOSFET的SMPD和标准分立封装之间进行动态测量,以量化Littelfuse SMPD所提供的优势。

测量原理是基于标准的双脉冲测试装置,并使用Littelfuse的动态特性分析平台进行测试。在MOSFET开关参数方面进行器件比较,如开关时间Tsw和开关能量Esw,以及二极管开关参数,如反向恢复时间trr、最大反向电流Irm和反向恢复能量Err。

将一个1200V的SiC SMPD器件与具有相近导通电阻RDS(ON),在栅极至源极工作电压(VGS)方面采用相近技术的标准分立封装器件进行比较。

栅极电压的比较表明,带有开尔文源的SMPD不仅加快了栅极的充电速度,而且由于其封装电感较低,在相同的工作条件下减少了栅极振荡。导通期间的漏极电流比较表明,尽管TO-247-4L和TO-263-7L封装器件具有相近的沟道电阻RDS(ON)和相近技术MOSFET芯片,但其尖峰电流却高出约25%。因此,由于最大反向恢复电流Irm值较高,这些器件的体二极管可能遭受更大的应力。从体二极管的反向电流比较中可以看出,尽管SMPD和TO-247-3L封装中的芯片相同,但SMPD器件具有更短的反向恢复时间,更高的di/dt,这又反过来减少了体二极管的损耗,提高了整个系统的效率。

从测量结果可以看出,与标准分立封装相比,SMPD的所有动态参数都有明显的改善。根据观察,尽管在SMPD和TO-247-3L封装中具有相同的芯片,但SMPD在应用中提供了显着的性能改进。假设应用的开关频率为80kHz,漏极到源极电压为800V,SMPD在50%负载条件下可减少21%的开关损耗,在80%负载条件下可减少18%的损耗。与所有其他分立器件相比,SMPD损耗的降低程度在50%负载下更为突出。

 

SMPD在应用中具有多种优势

  • 由于独立的开尔文源极脚(S),栅极驱动路径与负载电路分离。负载电流没有负反馈到栅极回路中,这改善了EMI,并减少了寄生导通的风险。

  • 大部分杂散电感Ls被排除在栅极环路之外,实现了更快的开关速度,不仅降低了损耗,还提高了效率,并减少了栅极振荡。

  • 最大限度地减少了封装的相互寄生电感和耦合电容。

  • 最大限度地减少了损耗,提高了效率。SMPD还将结温Tvj保持在低水平,从而简化了热设计。

  • 基于DCB的绝缘封装,减化了安装和热设计[1] 。

 

通过在应用中使用SMPD,设计人员可以实现更短的功率环路,同时减少必需器件的数目。较短的功率环路使得杂散电感最小化,这有助于减少栅极振荡和漏极电压过冲。

 

使用基于SiC MOSFET的SMPD器件组成功率级架构

Littelfuse的SMPD可用于标准的功率电子器件,设计人员可以用更少的器件实现高出36%的功率能力。

 

文章来自Littelfuse公众号

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