SiC功率元器件

SiC-MOSFET并联连接时，有哪些注意事项？

・如果电源布线等不均等，将导致电流和芯片温度失衡。
・如果开关时序不符，将产生过电流而损坏。
・如果Vgs(on)不是足够高，Ron的温度特性变为负，电流集中到特定芯片，有导致热失控而损坏的危险。

SiC-MOSFET串联时，有哪些注意事项？

・上端元器件的对地绝缘只保证元器件的绝缘耐压。
・需要串联数栅极电压用浮动电源。
・串联连接时，导通电阻的温度系数变为正，为防止热失控，请考虑到产品偏差和充分的电流降额。
・通过串联作为高耐压单开关使用时，推荐采取并列插入大电阻等对策来适当分压。
・如果开关时序不符，将导致耐压击穿。

SiC产品中，为什么分立产品与模块产品的漏极－源极额定电流不同？

因为使用温度条件不同。
模块：结点温度（Tj)150℃,外壳温度(Tc)60℃
MOSFET：结点温度（Tj)175℃,外壳温度(Tc)25℃

SiC-MOSFET并联时，最佳的外置栅极电阻值是多少？

如果栅极信号布线长度均等，为1～3Ω左右。请将电阻连接到各相应的MOSFET，并调整栅极信号的时序。 另外，布线长度显著不同时，可插入稍大(10Ω左右)阻值来调整开关的时序。

SiC MOSFET驱动时，栅极信号为什么有过冲或下冲？

可能是因为受PCB板寄生电容或寄生电感等影响而产生LC谐振。请确认以下项目。
①栅极驱动电路中的外置栅极电阻
②栅极驱动电路的输出电容
③栅极驱动电路布线的寄生电感
④SiC MOSFET的栅极电容
⑤SiC MOSFET的内部栅极电阻
上述项目如果电阻也很小，则过冲/下冲的峰值大，且振铃的衰减时间长。
另外，如果电容大，则峰值变小，但开关速度变慢。
如果电感大，则峰值变大。

使用SiC MOSFET时，抑制栅极信号过冲和下冲的方法有哪些？

受PCB板寄生电容和寄生电感等的影响，可能会发生LC谐振，因此请确认以下项目。
①增大栅极驱动电路中的外置栅极电阻。
②减小栅极驱动电路的输出电容。
③减小栅极驱动电路布线的寄生电感。
如果电阻小，则过冲/下冲的峰值大，且振铃的衰减时间长。如果电容大，则开关速度变慢。请尽量减小电感。

针对SiC-MOSFET、模块产品的栅极驱动电路，有推荐的电路结构或电路参数吗？

有栅极驱动电路的参考电路板。（设想直接安装于SiC模块产品的驱动板）。
当并联连接SiC-MOSFET时，请将外置栅极电阻连接于各相应的MOSFET，取得栅极信号的平衡。

SiC产品驱动时，栅极信号为什么有过冲或下冲？

可能是因为受PCB板寄生电容或寄生电感等影响而产生LC谐振。请确认以下项目。
①栅极驱动电路中的外置栅极电阻
②栅极驱动电路的输出电容
③栅极驱动电路布线的寄生电感
④SiC-MOSFET的栅极电容
⑤SiC-MOSFET的内部栅极电阻 等
如果电阻都很小，则过冲/下冲的峰值大，且振铃的衰减时间长。
另外，如果电容大，则峰值变小，但开关速度变慢。
如果电感大，则峰值变大。

使用SiC产品时，抑制栅极信号过冲和下冲的方法有哪些？

受PCB板寄生电容和寄生电感等的影响，可能会发生LC谐振，因此请确认以下项目。
①增大栅极驱动电路中的外置栅极电阻。
②减小栅极驱动电路的输出电容
③减小栅极驱动电路布线的寄生电感。
如果电阻小，则过冲/下冲的峰值大，且振铃的衰减时间长。如果电容大，则开关速度变慢。请尽量减小电感。

第2世代平面型SiC-MOSFET产品的栅极驱动电压，如果偏离推荐值（ON时+22Ｖ～+18Ｖ，OFF时-3V～-6V）会怎么样？

当ON时的驱动栅极电压低于15V时将无法充分导通，达到14V以下时导通电阻的温度特性将从正变为负。这样，可能有在高温条件下导通电阻下降、从而导致热失控的危险性，因此请务必施加15V以上的电压。
TZDB有40V以上，故无需担心栅极击穿，但如果持续施加超过额定(-6V/+22V)的DC电压，则受存在于栅极氧化层界面的陷阱影响，阈值将逐渐波动。
如果是瞬间浪涌电压(300nsec以内)，则阈值电压波动的影响较小，所以只要在-10V～+26V的范围内是可以接受的。

SiC-MOSFET、SiC模块产品的栅极驱动电压需要负偏压吗？

在FET OFF状态下，漏极电位上升时，由于栅极-漏极间电容的AC耦合现象，栅极电位可能上升。代表性的应用有串联的电桥驱动。
为防止误导通导致的短路损坏，推荐使用负偏压。
增加栅极-漏极间的电容也能抑制栅极电位上升。
另外，通过在栅极－漏极间连接米勒钳位MOSFET彻底短路，可防止栅极电位上升。
还有，米勒钳位MOSFET的驱动请注意噪声引发的误动作。

SiC-MOSFET、SiC模块产品的栅极驱动信号的容许电感值是多少？

不提供具体的指导方案。
受从元器件的栅极引脚到栅极驱动电路的旁路电容引脚这段布线长度的影响最大。也需要考虑从元器件的源极引脚到PCB板上的接地图案的布线电感值。

SiC-MOSFET的内部栅极电阻为什么比Si-MOSFET大？

Rg与芯片尺寸成反比，因此芯片尺寸较小的SiC的Rg较大。
另外栅极电极材料使用了薄膜电阻阻值高的产品。
栅极驱动电路的外置栅极电阻为0Ω也没问题，但请考虑到驱动器的电流容量和浪涌等。

为什么SiC-MOSFET体二极管的恢复电流比Si-MOSFET小得多？

虽然SiC-MOSFET的体二极管为pn结形式，但少数载流子寿命短，基本没有少数载流子的积聚效应，因此呈现出与SBD同等的超高速恢复性能（几十ns)。

为什么SiC-MOSFET体二极管的恢复时间比Si-MOSFET短得多？

虽然SiC-MOSFET的体二极管为pn结形式，但少数载流子的寿命短，基本没有少数载流子的积蓄效应，因此呈现出与SBD同等的超高速恢复性能（几十ns)，恢复时间与SBD一样不依赖于正向注入电流，为固定值。（dI/dt固定的条件下）。

为什么SiC-MOSFET体二极管的正向电压较高？

SiC的带隙是Si的3倍左右，因此pn二极管的上升电压较高，为3V左右，故正向下降电压较高。 另外少数载流子寿命短，基本没有积蓄效应，因此二极管的导通电阻不下降也是原因之一。 但桥式电路等因在换流时进入栅极导通信号从而可反向导通，所以实际上的固定损耗不成什么问题。

平面型与沟槽型SiC-MOSFET的优缺点分别是什么？

沟槽型的优点是
①导通电阻小
②寄生电容小
③开关性能优异 等
缺点是导通电阻小，故短路耐受能力差。

内置SiC-SBD的SiC-MOSFET技术规格书中记载的二极管规格是体二极管的还是SiC-SBD的？

内部连接，不能从外部区分特性。
但是，SiC-SBD的VF较小，在正常使用范围下，正向电流仅流过SiC-SBD，因此If-Vf特性和反向恢复特性基本上是SiC-SBD的特性。

开关损耗的计算公式是？

以漏极-源极电压和漏极电流的下限值为基准，在以下期间对两者的乘积进行积分。
开启时：（开始）漏极电流的上升开始点 （结束）漏极－源极电压的下降结束点
关断时：（开始）漏极－源极电压的上升开始点 （结束）漏极电流的下降结束点

SiC-MOSFET产品的击穿电压规格有温度条件吗？

常温Ta=25℃。
高温状态下，漏电流和击穿电压略有增加。

SiC-MOSFET产品的雪崩耐量是多少？

未实施全数测量，因此目前尚未保证雪崩耐量，不过1200V 80mΩ产品大概是1.2J左右的值。

用金属弹簧压住SiC-MOSFET和SiC-SBD产品的树脂封装部分时，绝缘阻值会减小吗？

外露的金属部分（封装背面散热部以及切口的金属外露部）与漏极电位相同。
因此，封装表面（有标印的面）接触金属板时，可能导致爬电距离不足。
请确认符合使用环境的爬电距离规格。

有SiC模块评估用的工具吗？

可提供以下工具。
・栅极驱动电路参考板（BW9499H/BP59A8H）
・缓冲电容模块（EVSM1D72J2-145MH16/26)
・损耗仿真器

SiC产品的SPICE模型中，包括布线电感和寄生电容吗？

是基于特性测量结果生成模型的，因此基本上包括在内。
但即使等效定义，也不反映实际的寄生成分。

SiC产品用的SPICE模型的工作环境是？

已确认的工作环境为“Pspice”类软件
①SIMetrix
②Ltspice
③OrCAD 等。
“HSpice”类软件不支持双曲线函数，因此有时可能不工作。

SiC产品用的SPICE模型的等级有哪些？

只有“Behaviour model”。
基于硅元器件工作原理的函数群，在SiC元器件中不能使用。

通过SiC模块用的Spice模型设置的栅极、漏极、源极的寄生电抗值是多少？

这些值符合实际特性，并非根据结构要素推导出来的值。以下请作为参考。
Gate:无
Source:L=1.75ｎH和R=1Ω并联
Drain:无

SiC模块产品保管时，需要作引脚间短路处理吗？

推荐作短路处理。
但是如果已采取防导电或防带电措施，则不需要。

在SiC模块上固定栅极驱动电路板时，有推荐的螺丝和规定力矩吗？

电路板的安装建议使用树脂专用B牙或P牙的公称直径2.6、间距0.9的自攻螺丝。
拧紧力矩大致为60 ～ 80cNm。
请在与栅极引脚等焊接前拧紧。

SiC模块的输出引脚3、4是作短路连接更好吗？
即使不在外部短路，也可从某一个引脚输出额定电流吗？

引脚3、4均可单独流过额定电流。
但上臂和下臂的电感不是完全对称，因此有时考虑到平衡，连接两引脚进行布线比较好。布线电阻也会降低。

将SiC-MOSFET和SiC-SBD的封装安装到散热板时，有推荐螺丝和规定力矩吗？

对分立封装的螺丝没有特别推荐，但请勿使用碟形螺丝，因为会产生异常应力。
拧紧力矩为49Nm ～ 68.6Nm。
使用自攻螺丝时请注意不要超过上限力矩。
请在焊接引脚前拧紧。

SiC-MOSFET和SiC-SBD封装背面的金属与其他引脚绝缘吗？

背面的金属裸露部，MOSFET是与漏极连接的，SBD是与阴极连接的。请适当考虑对地绝缘等。

SiC模块背面的金属与其他引脚绝缘吗？

背面金属及安装孔的垫圈与其他引脚间是绝缘的。技术规格书中提供了绝缘耐压。

据说SiC可高温工作，为什么ROHM的SiC产品的Tj是到175℃？

受限于封装使用的封止树脂材料、以及焊料等金属接合材料本身的耐热性能。
另外由于存在与SiC元器件的接合可靠性问题，在温度循环试验和功率循环试验中高温侧温度无法上升。

SiC-SBD的技术规格书中没有反向恢复损耗Err项目，怎样估算比较好？

SBD由于没有载流子积蓄效应而没有反向恢复现象。
但是具有寄生电容，因此以充放电的形式产生开关损耗。
例如，使SCS240AE2C以250kHz400V工作时，估算如下：
fQV = 250kHz x (31nC x 2) x 400V = 6.2W
电流无关。

SiC-SBD的技术规格书中没有反向恢复时间的电流依赖性曲线图表，怎样估算比较好？

表中的“开关时间(tc)”为反向恢复时间。SBD的反向恢复时间由于几乎没有电流和温度依赖性，因此在技术规格书中没有提供图表。

在Si-MOSFET的SPICE模型正常运行的电路中应用SiC-MOSFET模型时，出现“Time Step Too Small”错误并停止运行。

“Time Step Too Small”是因计算不收敛而产生的。要改善收敛，有一种众所周知的方法是将浮动节点以1MΩ左右接地。请在DS间或DG间外插。

针对电路仿真的“Time Step Too Small”错误，对各节点连接电阻也无法解决。

在仿真条件中，可能未设置最大时间步长。
SiC元器件模型在内部多用指数函数，因此时间步长太大的话可能会导致收敛变差。

通过SiC-MOSFET的SPICE模型定义的栅极电阻值与技术规格书中的不同，哪个是正确的？

ROHM的SiC元器件的SPICE模型，通过多种函数拟合了实际的元器件特性，
并由电压控制电流源等组成以再现实际特性。未使用装配于仿真器的MOSFET模型，
所以定义的栅极电阻与实际值不同。可以认为技术规格书上的值更接近实际值。

读取SiC元器件的SPICE模型时出现语法错误。

有些仿真器有时不支持双曲函数或其反函数。
模型内部有“.FUNC”枚举，因此在其前面增加重新定义TANH及ASINH的语句，可能会修复。
但是，用对数函数替换ASINH时，请注意不要将自然对数与常用对数混淆。 自然对数的说明请参考仿真器的说明书。

来源：ROHM