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在電源應用中,哪怕已經確定拓撲結構、頻率和負載范圍等需求,工程師短時間內也很難判斷哪一種開關技術最好……“品質因數”(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、動態功耗更小,因此RDS(on) x Qg越小,功率器件綜合性能越優秀。
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因數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品規格,也可以廣泛對比各種拓撲、功率等級的產品性能。
FoM行業新標桿
Qorvo 第4代 SiC FET
備受矚目的Qorvo第4代SiC FET可以為業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系列等產品,能夠為電源設計人員提供多種器件選項和優異的設計靈活性,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與同類產品的FoM參數歸一化對比
*基于20~30mohm SiC MOSFET的公開Datasheet數據(截至2022年7月)
1200V SiC FET與同類產品的FoM參數歸一化對比
*基于30~40mohm、TO-247-3L和TO-247-4L封裝SiC MOSFET的公開Datasheet數據(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。通過以下匯總的數據表結果,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,優于同類產品近1.5倍。②軟開關:持續的低RDS(on) x Coss,tr可在軟開關應用中實現更高的功率密度,Qg x VDrive的柵極驅動損耗較同類產品低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,優于同類產品近2倍。②軟開關:持續的低RDS(on)x Coss,tr可在軟開關應用中實現更高的功率密度,Qgx VDrive的柵極驅動損耗較同類產品低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
從傳統封裝過渡到新型封裝和熱解決方案是功率器件發展的重要趨勢之一。2023年3月,Qorvo重磅發布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、高功率密度的產品選擇,賦能服務器、數據中心、可再生能源和儲能、汽車和工業充電等領域。
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方面表現出色,例如在TOLL封裝中,5.4mohm的導通電阻,比同類產品中領先的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,相當于同類產品的一半。盡管尺寸縮小,但先進的制造技術實現了從結到殼的行業領先的0.1°C/W 熱阻。其他優異特性如直流電流額定值為120A,最高可達144°C,在0.5毫秒內脈沖額定電流可高達588A等,使其推出之際就受到了業界的廣泛關注。
目前,在行業知名媒體《行家說三代半》的“年度優秀產品獎”評選中,Qorvo第4代750V SiC FET正與其他62家優秀企業產品同臺競逐、共推三代半創新。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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