CPMF-1200-S020B - 碳化硅功率MOSFET

CPMF-1200-S160B
Z-FeTTM 碳化硅 MOSFET
VDS
RDS(on)
N 沟道增强模式
裸芯片
= 160 mΩ
= 47 nC
封装
D
D
业界领先的导通电阻 RDS(on)
高速开关
低电容
便于并联
易于驱动
无铅
Gate
Source
Source
G
G
优点
SS
裸芯片
更高的系统效率
更低的冷却要求
雪崩耐受性强
提高系统开关频率
•
•
•
•
Qg
特点
•
•
•
•
•
•
= 1200 V
部件号
封装
CPMF-1200-S160B
裸芯片
应用
太阳能逆变器
电机驱动器
军事和航空
•
•
•
最大额定值
符号
参数
ID
持续漏极电流
IDpulse
脉冲漏极电流
28
18
单位
A
测试条件
[email protected],TJ = 25˚C
54
A
脉冲宽度 tP 受 Tjmax 限制
Tj = 25˚C,tp = 1ms
单脉冲雪崩能量
500
mJ
ID = 10A,VDD = 50 V,
L = 9.5 mH
EAR
重复雪崩能量
400
mJ
tAR 受 Tjmax 限制
IAR
重复雪崩电流
10
A
VGS
栅极源极电压
-5/+25
V
Ptot
功率耗散
202
W
-55 至
+150
˚C
260
˚C
TL
工作结温和存储温度
焊接温度
注:
1.假定结到外壳的热阻
≤ 0.62 °C/W。
CPMF-1200-S160B Rev. A
注
1
[email protected],TJ = 100˚C
EAS
TJ,Tstg
1
值
1
ID = 10A,VDD = 50 V,L = 3 mH
tAR 受 Tjmax 限制
TJ=25˚C
距外壳 1.6mm (0.063”),持续 10 秒
1
电气特征
符号
参数
V(BR)DSS
漏极-源极击穿电压
VGS(th)
栅极阈值电压
IDSS
零栅极电压漏极电流
IGSS
栅极-源极漏电流
RDS(on)
最小
典型
2.1
V
2.5
50
5
130
漏极-源极导通电阻
160
220
190
275
928
Coss
输出电容
63
反向传输电容
7.45
td(on)i
导通延迟时间
7
关断延迟时间
46
下降时间
37
2
VDS = 1200V,VGS = 0V,TJ = 150ºC
VGS = 20V,VDS = 0V
VGS = 20V,ID = 10A,TJ = 25ºC
VGS = 20V,ID = 10A,TJ = 150ºC
VDS= 20V,IDS= 10A,TJ = 25ºC
S
VDS= 20V,IDS= 10A,TJ = 150ºC
图 3
VGS = 0V
VDS = 800V
pF
图 5
f = 1MHz
VAC = 25mV
VDD = 800V
14
上升时间
注
VDS = 1200V,VGS = 0V,TJ = 25ºC
mΩ
3.4
Crss
VDS = VGS,ID = 1mA,TJ = 150ºC
nA
3.7
输入电容
VDS = VGS,ID = 1mA,TJ = 25ºC
μA
250
测试条件
VGS = 0V,ID = 100μA
V
0.5
Ciss
tfi
4
1.8
跨导
td(off)i
单位
1200
gfs
tr
最大
ns
VGS = -2/20V
ID = 10A
EON
(25ºC)
导通开关损耗
(150ºC)
260
225
μJ
EOff
关断开关损耗
(25ºC)
(150ºC)
120
140
μJ
RG
内部栅极电阻
13.6
Ω
图 11
RG = 6.8Ω
L = 856μH
按照 JEDEC24 第 27 页
VGS = 0V,f = 1MHz,VAC = 25mV
注:2.建议的导通 VGS 为 +20V,建议的关断 VGS 为 0V 到 -5V 之间
反向二极管特征
符号
参数
典型
最大
3.5
单位
Vsd
二极管正向电压
V
trr
反向恢复时间
138
ns
Qrr
反向恢复电荷
94
nC
Irrm
峰值反向恢复电流
1.57
A
3.1
测试条件
注
VGS = -5V,IF=5A, TJ = 25ºC
VGS = -2V,IF=5A, TJ = 25ºC
VGS = -5V,IF=10A, TJ = 25ºC
VR = 800V,
diF/dt= 100A/μs
图 12,13
栅极电荷特征
符号
2
参数
典型
Qgs
栅-源极电荷
11.8
Qgd
栅-漏极电荷
21.5
Qg
栅极总电荷
47.1
CPMF-1200-S160B Rev. A
最大
单位
nC
测试条件
VDD = 800V
ID =10A
VGS = -2/20V 按照 JEDEC24-2
注
图 8
典型性能
60
60
20V
V GS=
50
20V
V GS=
18V
=
V GS
50
18V
V GS=
40
6V
VGS=1
40
6V
ID (A)
V GS=1
V
VGS=14
ID (A)
30
VGS=14V
20
30
VGS=12V
20
VGS=12V
10
VGS=10V
10
VGS=10V
0
0
5
10
15
0
20
0
5
10
VDS (V)
15
20
VDS (V)
图 1.典型输出特征 TJ = 25ºC
图 2.典型输出特征 TJ = 150ºC
30
2.00
1.80
25
归一化导通电阻 RDS(on)
1.60
ID (A)
20
TJ = 150°C
15
TJ = 25°C
10
1.40
VGS=20V
1.20
1.00
0.80
5
0.60
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
25
50
75
16
图 3.典型传输特征
VGSV=
GS0=V0 V
f =f1=MHz
1 MHz
10000
10000
Capacitance (pF)
Capacitance
(pF)
Capacitance
电容 (F)
1000
1000
Coss
Coss
100
100
Crss
Crss
10
10
50
50
100
100
(V)
VV
DS(V)
DS
V
DS (V)
150
150
200
200
Ciss
10001000
10
Crss
10
CPMF-1200-S160B Rev. A
VGS = 0VV
GS = 0 V
f = 1 MHz
f = 1 MHz
Crss
1
0
0
200 200
400
VDS (V)
V
VDS
图 5A 和 5B.典型电容与漏极-源极电压的关系
3
Ciss
Coss Coss
100 100
1
1
1
0
0
150
图 4.归一化导通电阻与温度的关系
电容 (F) (pF)
Capacitance
Ciss
Ciss
125
TJ ˚C
VGS (V)
10000
10000
100
400
600
(V)(V)
DS
600 800
800
400
160
350
140
300
120
250
100
开关能量 (µJ)
开关能量 (µJ)
典型性能
200
150
VGS= -2/20V
RG= 11.8Ω 总计
VDD= 800V
ID= 10A
100
80
60
VGS= -2/20V
RG= 11.8Ω 总计
VDD= 800V
ID= 10A
40
20
50
0
0
0
2
4
6
8
10
12
0
14
2
4
漏极电流 (A)
6
8
10
12
14
漏极电流 (A)
图 6.电感开关能量(导通)与漏极电流的关系
图 7.电感开关能量(关断)与漏极电流的关系
20
300
250
15
EON
10
开关能量 (µJ)
VGS
(V)
V
GS(V)
200
5
-5
VDD=800V
4
0
25
0
10
20
30
栅极电荷
(nC)
Gate
Charge
(nC)
图 8.25°C 时的典型栅极电荷特征
100
50
ID=10A
0
EOFF
150
CPMF-1200-S160B Rev. A
40
50
50
75
100
TJ ˚C
图 9.电感开关能量与温度的关系
125
150
钳位电感开关测试装置
tw
脉冲持续时间
VGS(on)
90%
90%
输入 (Vi)
50%
50%
10%
856μH
10%
VGS(off)
C2D10120D
10A、1200V
SiC 肖特基
输入脉冲
下降时间
输入脉冲
上升时间
+
800V
42.3μf
-
tfi
td(on)i
iD(on)
CMF10120D
被测器件
tri
td(off)i
10%
10%
输出 (iD)
90%
90%
iD(off)
toff(i)
ton(i)
图 10.开关波形测试电路
图 11.开关测试波形时间
trr
∫ txid dt
trr
Qrr=
Ic
tx
10% Irr
856μH
Vcc
10% Vcc
Vpk
CMF10120D
被测器件
+
Irr
800V
-
42.3μf
二极管恢复
波形
CMF10120D
t2
∫ t1id dt
Erec=
二极管反向
恢复能量
t1
t2
图 12.体二极管恢复波形
5
CPMF-1200-S160B Rev. A
图 13.体二极管恢复测试
被测器件
栅极驱动
控制
电流感测
间隔 1
间隔 2
EA = 1/2L x ID2
图 14.雪崩测试电路
6
CPMF-1200-S160B Rev. A
图 15.理论雪崩波形
机械参数
参数
典型
单位
3.1 x 3.1
mm
0.93 x 1.18 (x 2)
mm
0.84 x 0.60
mm
365 ± 40
µm
前端(源极)金属化 (Al)
4
µm
前端(栅极)金属化 (Al)
4
µm
0.88 / 0.6
µm
芯片尺寸 (L x W)
暴露源极垫层金属尺寸
栅极垫层尺寸
芯片厚度
后端(漏极)金属化 (TiNi/Ag)
芯片尺寸
3.1
0.84
部件号
封装
CPMF-1200-S160B
裸芯片
1.41
0.73
1.13
0.60
Gate
栅极
Source
源极
Source
源极
1.18
3.1
D
DD
G
GG
SS
S
0.51
0.93
0.22
0.93
* 本产品中对环境有害物质、持久性生物毒性物质 (PBT)、持久性有机污染物 (POP) 或其它受限制原料的含量低于此类物质所允许的最大浓度值 (也称为阈值),或者依照欧盟关于在电气和电子设备中限制
使用某些有害物质的 2002/95/EC 号指令 (RoHS) 用于可豁免的应用场合 (修订截至 2006 年 4 月 21 日)。
用将裸芯片置于胶带上的方法来交付这些 SiC 裸芯片,只能作为一种临时性的存储方式。由于附着力随时间而增强,裸芯片如果存储时间过长,可能会在胶带上粘贴得过牢。收货后,应当尽快将这些裸芯
片存储在可调温的充氮防潮箱内。Cree 进一步建议,将所有裸芯片从胶带上取下,放入一个叠压芯片盒或类似的存储介质中,或者在交付后的 2 - 3 周内就用于生产,以确保所有裸芯片 100% 剥离而
不会产生问题。
本产品并未针对以下应用进行设计或测试,也不用于以下应用:植入人体的应用;产品失效可能导致死亡、人员受伤或财产损失的应用,包括但不限
于用于以下操作中的装置:核设施、生命维持机器、心脏除颤器或类似的急救设备、飞行器导航、通信或控制系统、空中交通控制系统、武器系统。
版权所有 ©2011 Cree, Inc. 保留所有权利。本文档中的信息若有更改,恕不另行通知。Cree 和 Cree 徽标是 Cree, Inc. 的注册商标。
7
CPMF-1200-S160B Rev. A
华刚国际贸易有限公司
香港沙田香港科学园
科技大道东 2 号
光电子中心 3 楼 301室
电话:+852 2424 8228
传真:+852 2422 2737
电邮:[email protected]
应用信息:
Cree 碳化硅 (SiC) DMOSFET 已消除了硅 MOSFET 的电压上限。不过,与高压硅 MOSFET
的通常特点相比,它们在特征方面有一些区别。这些区别需要加以认真处理,以便最大程度发挥
SiC DMOSFET 的优势。通常,尽管 SiC DMOSFET 与同类硅产品相比是一种出色的开关产
品,不过,也不应将它视作现有应用中的直接替代元件。
应用 SiC DMOSFET 时,需要牢记两个关键特征:适量的跨导和无关断拖尾。适量的跨导要
求 VGS 为 20V,以达到最优性能。从图 1-3 中所示的输出和传输特征中可看出这点。这一适
量的跨导还会影响以下转换过程,即由于 VDS 的作用,器件从作为一个电压控制的电阻,转换
成作为一个电压控制的电流源。其结果是,转换发生时的 VDS 值,要比通常 Si MOSFET 和
IGBT 的高。这可能会影响抗去饱和电路的工作,尤其是当电路利用器件在低正向电压下进入恒
流区域这一特性时。
这一适量的跨导在设计栅极驱动电路时需要加以认真考虑。第一个显而易见的要求是,栅极驱
动器需要能实现 22V (或更高的) 摆幅。建议的导通 VGS 为 +20V,建议的关断 VGS 为 0V
到 -5V 之间。请注意,尽管与典型的硅 MOSFET 和 IGBT 相比,SiC DMOSFET 的栅极电
压摆幅更高,但它的栅极总电荷要低得多。实际上,对于 SiC DMOSFET,其栅极电压摆幅与
栅极电荷的乘积要比相当的硅器件小。栅极电压必须具有快速的 dV/dt,以实现较短的开关时
间,这表明需要一个非常低阻抗的驱动器。最后,必须仔细控制栅极驱动脉冲的保真度。标称阈
值电压为 2.3V,且器件在 VGS 达到 16V 以上之前,没有完全导通 (dVDS/dt ≈ 0)。这一范
围明显比硅 MOSFET 和 IGBT 的要宽。其最终结果是,SiC DMOSFET 具有略低的 “噪声容
限”。栅极驱动信号上存在的任何过大振荡,都可能造成器件意外导通或部分关断。应仔细选择
栅极电阻,以确保栅极驱动脉冲得到充分阻尼。对于一阶,栅极电路可以近似为一个简单的串联
RLC 电路,用一个电压脉冲驱动,如下所示。
2.5V
8
CPMF-1200-S160B Rev. A
RLOOP
VPULSE
LLOOP
CGATE
如所示,若使 LLOOP 最小,会使临界阻尼所需的 RLOOP 值最小。使 LLOOP 最小还会使上升/下降
时间最短。所以,强烈建议使栅极驱动的位置尽可能靠近 SiC DMOSFET,以使 LLOOP 最小。
我们使用了一个 6.8 Ω 的外部电阻,来描绘此器件的特征。只要能维持栅极脉冲保真度,也可
以使用较小的外部栅极电阻。在不使用外部栅极电阻的情况下,建议您检查栅极电流,来间接地
验证栅极电路中不存在振荡。可以用一个很小的电流互感器来做到这点。推荐的装置是一个如下
所示的双级电流互感器:
双级电流互感器的第一级由 10 圈绕在一个很小的高磁导率电芯上的 AWG 30 电线构成。推荐
使用 Ferroxcube 3E27 材料。第二级是一个小型宽带电流互感器,例如 Tektronix CT-2。
最后,应将一个独立的源极回路用于栅极驱动,如下所示:
9
CPMF-1200-S160B Rev. A
源极引线上的杂散电感会造成负载 di/dt 反馈到栅极驱动中,
从而造成以下后果:
• 开关 di/dt 受限
• 可能造成振荡
强烈建议使用带有独立
源极回路的开尔文栅极连接
负载电流
负载电流
20V
20V
R 栅极
R 栅极
驱动
SiC DMOS
驱动
SiC DMOS
驱动
驱动
负载电流
L 杂散
负载电流
SiC DMOSFET 的一个重要好处是,它消除了可在硅 IGBT 中观察到的拖尾电流。不过,必须注
意,电流拖尾现象在关断期间提供了一定程度上的寄生阻尼。当将硅 IGBT 替换成 SiC DMOSFET
时,通常可观察到额外的振荡和过冲。额外的电压过冲可能会高到足以毁坏器件的程度。所以,
必须控制好输出互连寄生效应 (及缓冲器),以防止振荡和过冲造成问题。
ESD 额定值
10
ESD 测试
器件总取样数
结果分类
ESD-HBM
所有器件均通过了 1000V
2 (>2000V)
ESD-MM
所有器件均通过了 400V
C (>400V)
ESD-CDM
所有器件均通过了 1000V
IV (>1000V)
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