PCIM2025论文摘要 | 1200V CoolSiC™ MOSFET G2分立器件的开关行为调查

英飞凌CoolSiC MOSFET G2通过单元间距缩小和结构优化实现了更高的性能。本研究通过在不同负载电流和栅极电阻条件下进行双脉冲测试，对其动态特性进行了分析。结果表明，在保持低导通损耗的同时，开关损耗比G1降低了40%。本文针对高频应用提出了栅极电阻和负电压选择等实用指南。这些发现为在高效电力电子系统中使用CoolSiC MOSFET G2提供了重要参考。

简介

电力电子行业需要具有较高功率密度的高性能功率半导体。为了满足这些要求，英飞凌推出了CoolSiC G2 MOSFET，其特点是优化了垂直结构和单元设计。CoolSiC MOSFET 1200V G2 采用垂直沟槽式单元结构，经过精心设计，具有多个优化参数。这些设计改进产生了最佳的导通电阻- RDS(on)* A -而不会影响器件的可靠性。

图1.CoolSiC MOSFET G2的垂直沟槽单元结构

与平面器件相比，CoolSiC MOSFET G2由于开关损耗低，在硬开关方面具有优势。随着开关频率的提高，这种优势会变得更加明显。通过采用严格的可靠性测试标准和筛选工艺, CoolSiC MOSFET G2有助于设计出成本更优化、更高效、更紧凑和更可靠的系统。这一进步对电力电子行业具有重大意义，因为高性能功率半导体对提高系统效率和可靠性至关重要。

测试结果

双脉冲测试装置由几个关键部件组成，可以测量各种漏极电流条件下的开关损耗。

图2

图3.双脉冲测试装置

双脉冲测试结果表明，在整个电流范围内，G2器件的开关损耗都低于G1器件。值得注意的是，在额定电流较高时，两种器件的开关损耗差异更加明显。具体来说，在漏极电流为40A时，G2器件的开关损耗比G1器件降低了40%。

图4.CoolSiC G1和G2的开关损耗比较

为了进一步阐明G2器件的开关行为，还研究了关断电压对开关损耗的影响。结果表明，关断电压对开通损耗的影响微乎其微。不过，使用-5V而不是0V的关断电压可显著降低关断损耗，尤其是在栅极电阻值和负载电流较高的情况下。

例如，当使用2Ω的栅极电阻时，与0V关断电压相比，在漏极电流为40A时，采用-5V关断电压时 G2 器件的关断损耗降低了44%。

图5.不同漏极电流下的开关损耗比较

此外，当漏极电流保持在20A并增大栅极电阻时，当使用10Ω栅极电阻时，关断损耗降低了44%。

图6.不同栅极电阻下的开关损耗比较

通过比较分析G1和G2器件在相同工作条件下的开关波形，可以发现它们的瞬态行为存在明显差异。在接通瞬态期间，G2器件比G1器件表现出更明显的振荡，这可归因于其更高的di/dt和dv/dt特性。然而，尽管振荡加剧G2器件的开关行为仍然控制得很好。

图7.CoolSiC G1和G2的波形比较

结论

总之，CoolSiC G2 MOSFET与其前身G1相比，在性能和效率方面都有显著提高。凭借优化的垂直结构和单元设计，G2器件实现了业内最低的Rsp。此外，该器件还实现了低开关损耗，在硬开关方面表现出优势。双脉冲测试结果证实了G2器件的卓越开关性能，与G1相比，开关损耗降低达40%。此外，还研究了关断电压对开关损耗的影响，结果表明，当使用-5V关断电压时，关断损耗显著降低。总之，CoolSiC G2 MOSFET能够加速设计成本更优化、更高效、更紧凑、更可靠的系统，是电力电子行业极具吸引力的解决方案。