如何制作SiC双向开关
出处：维库电子市场网 发布于：2023-07-18 15:47:23
“就电流而言，GaN 横向器件本质上是双向的。无论电流是从源极到漏极还是从漏极到源极，都是一样的，因为不涉及体。然而，这种配置的阻塞是单向的，因为它是由栅极到漏极的分离决定的”，Veliadis 说。
使器件双向阻断的一种方法是使栅极到漏极的间隔等于源极到栅极的间隔。这样，无论高电压来自源极还是漏极，您都可以从任一侧保持相同的电压，因为源极-栅极和栅极-漏极间隔是相同的。缺点是器件的单元间距增加了。
在保持单元间距的同时解决该问题的一种有趣方法是图 3 中所示的双栅极结构。当源极 2 出现高电压时，将使用栅极 1，并且公共漏极区域会阻挡高电压保持源到门的范围较小。同样，如果高电压来自源，第二门将控制该器件。
“双栅极双向利用公共漏极区域来保持器件的单元间距尽可能小，”Velidis 说。
Panasonic 已通过常断双栅极单片 GaN 双向开关演示了这一概念，该开关已实现对称 100A 导通和 1,100V 阻断电压。
如何制作SiC双向开关
SiC 功率（平面 MOSFET、沟槽 MOSFET 或 JFET）主要采用垂直配置，并具有内部二极管，可为对称双向电流设置条件。尽管对称双向流是可能的，但当涉及到双向电压时，垂直器件的阻塞就成为一个问题。
图 4：背靠背共源极 (a) 和共漏极 (b) 配置。(c) 是具有共享漂移层的理想双向开关（）
“共源连接配置可以单片完成，这意味着两个芯片在同一晶圆上背对背连接。该解决方案简化了封装，并有助于降低一些对于宽带隙器件至关重要的电感”，Veliadis 说道。
另一种方法是以共漏极配置连接两个 SiC MOSFET，获得具有两个不同栅极控制电流的 4 开关。
共源逆变器应用
使用传统 Si 开关（ MOSFET、IGBT 和二极管）构建的电压源逆变器 (VSI) 拓扑（图 5）具有一些局限性。往往相当脆弱并且温度有限。此外，高 dV/dt 会产生电机绝缘应力，导致 EMI 噪声中出现共模。
图5：CSI和VSI拓扑的比较（）
宽带隙单片双向开关使共源逆变器能够克服 VSI 拓扑的限制并减少器件数量，因为不需要 VSI 拓扑中使用的二极管。这还可以降低传导损耗并提高效率和功率密度。
“如果可以使用单片双向开关，则可以双向阻止电流。您不再需要二极管，您将获得一个可以在两个方向上阻止和传导电流的设备。因此，单片双向宽带隙开关可以提高 CSI 市场的接受度，并将 CSI 的优势带给市场”，Veliadis 说道。
使器件双向阻断的一种方法是使栅极到漏极的间隔等于源极到栅极的间隔。这样，无论高电压来自源极还是漏极，您都可以从任一侧保持相同的电压，因为源极-栅极和栅极-漏极间隔是相同的。缺点是器件的单元间距增加了。
在保持单元间距的同时解决该问题的一种有趣方法是图 3 中所示的双栅极结构。当源极 2 出现高电压时，将使用栅极 1，并且公共漏极区域会阻挡高电压保持源到门的范围较小。同样，如果高电压来自源，第二门将控制该器件。
“双栅极双向利用公共漏极区域来保持器件的单元间距尽可能小，”Velidis 说。
Panasonic 已通过常断双栅极单片 GaN 双向开关演示了这一概念，该开关已实现对称 100A 导通和 1,100V 阻断电压。
如何制作SiC双向开关
SiC 功率（平面 MOSFET、沟槽 MOSFET 或 JFET）主要采用垂直配置，并具有内部二极管，可为对称双向电流设置条件。尽管对称双向流是可能的，但当涉及到双向电压时，垂直器件的阻塞就成为一个问题。
一种可能的解决方案是在共源配置中背靠背连接两个设备，如图 4-a 所示。此配置允许您使用单个栅极驱动器来控制双向阻断和传导。或者，您可以将器件连接到共漏极配置中，如图 4-b 所示。在这种情况下，需要两个单独的栅极驱动器。您可以拥有一个具有公共漂移层的单个器件，如图 4-c 所示。
图 4-a：背对背共源。
图 4-b：背靠背共漏极。
图 4：背靠背共源极 (a) 和共漏极 (b) 配置。(c) 是具有共享漂移层的理想双向开关（）
“共源连接配置可以单片完成，这意味着两个芯片在同一晶圆上背对背连接。该解决方案简化了封装，并有助于降低一些对于宽带隙器件至关重要的电感”，Veliadis 说道。
另一种方法是以共漏极配置连接两个 SiC MOSFET，获得具有两个不同栅极控制电流的 4 开关。
共源逆变器应用
使用传统 Si 开关（ MOSFET、IGBT 和二极管）构建的电压源逆变器 (VSI) 拓扑（图 5）具有一些局限性。往往相当脆弱并且温度有限。此外，高 dV/dt 会产生电机绝缘应力，导致 EMI 噪声中出现共模。
共源配置 (CSI) 使用电感器，这是一种非常坚固的组件，可以承受高温。图 5 显示 CSI 配置实现了非常低的谐波失真，从而降低了共模 EMI 和轴承电流。
图5：CSI和VSI拓扑的比较（）
宽带隙单片双向开关使共源逆变器能够克服 VSI 拓扑的限制并减少器件数量，因为不需要 VSI 拓扑中使用的二极管。这还可以降低传导损耗并提高效率和功率密度。
“如果可以使用单片双向开关，则可以双向阻止电流。您不再需要二极管，您将获得一个可以在两个方向上阻止和传导电流的设备。因此，单片双向宽带隙开关可以提高 CSI 市场的接受度，并将 CSI 的优势带给市场”，Veliadis 说道。
关键词：SiC双向开关
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