襟元が熱くならないように。温度の変化を考えましょう。

  • 2020年4月1日
  • ユナイテッドSiC

SiCカスコードFETの設計改善によりコスト低減を実現。

「典型的」の別の解釈は、それが予測可能になるほど頻繁に起こるものです。 これは特に行動傾向に当てはまり、行動の頻度について考え始めると、時間について考えることを避けられません。

時間は 興味深い概念であることは言うまでもありませんが 繰り返されることはありませんではなぜ私たちは 時間の経過に伴う頻度での行動?おそらくそれは、パターン 認識は、私たちが非常に得意としていることであり、私たちはそれに満足しています。 「典型的」につながるパターンは、測定の好ましい方法となっています。 振る舞いをしています。

これは、私たちが毎日経験する膨大な量の情報を処理するために開発したメカニズムかもしれません。もし私たちが出来事を「典型的なもの」として分類することができなかったとしたら、柔軟な変動範囲内ではあるが、私たちは一日中、毎日、私たちがさらされているすべてのものを評価しようと費やしていました。

問題は、「典型的」を「常に」または不変を意味するように拡張するときに発生します。サプライズは、私たちが最も期待していないときに起こります。それは一種の彼らのことです。しかし、エンジニアとして、少なくとも私たちのデザインでは驚きはあまり好きではないので、驚きを避けるためにできる限りのことをします。これにより、データシートで「典型的」と記述されている数値に大きく依存する傾向があることは、さらに「驚くべき」ことになります。

データシートの「典型的な」数値の最も一般的に適用される使用法の1つは、それらが温度に関連する場合です。しかし、これを行うことで、定数のように扱われる2つの変数が効果的に得られます。 これを理解して評価すれば、実際には問題にはなりません。エンジニアは、自分の動作条件に合わせてこれらの数値を調整する必要があるかもしれないことを理解するからです。 本当の問題は、あるデバイスの数値を外挿して、同様の典型的な数値を持つ別のデバイスにどのように適用できるかについての仮定を立てることにあります。

パワートランジスタには、ドレイン-ソース間抵抗(Rds)やスイッチング損失(Eoss)など、いくつかの重要なパラメタまたは性能指数(FoM)があります。 これらの数値は通常、データシートで提供されますが、常に明らかであるとは限らないのは、これらの数値が温度によってどのように変化するかです。 また、ダイの面積の影響も受けます。これにより、RdsAのFoM、または単位面積当たりのRdsという指標が発生します。

もちろん、これらの 数値は「典型値」であり、典型的には動作温度が25℃の場合の値です。 また、これらの「典型的な」条件下でのRds(on)からも導出されます。これは、Rds(on)が温度によってどのように変化するか、さらに重要なことに、これらの変化がアーキテクチャ間でどのように変化するかを考慮に入れていません。

これは、例えばUnitedSiCのUF3C065040K3S 650V SiCカスコードデバイスの仕様を見るとより明白です。25℃で最大52mΩ(標準42mΩ)のRds(on)を持っていると文書化されています。 これを650VスーパージャンクションMOSFETと比較すると、Rds(on)は最大45mΩ(標準で40mΩ)であり、スーパージャンクションデバイスはこの特定のFoMでより優れた性能を発揮するようです。 ただし、図1に示すように、温度が高くなると様相は大きく異なります。 150℃に近づくと、スーパージャンクションデバイスのRds(on)は96mΩに達しますが、SiCカスコードの場合はわずか78mΩです。 実際、175℃でもSiCデバイスのRds(on)は78mΩに過ぎず、スーパージャンクションデバイスのRds(on)をはるかに下回っています。

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図1: SiCカスコードおよびスーパージャンクションMOSFETデバイスのRds(on) 

図1から明らかなのは、SiCカスコードデバイスのRds(on)の増加率がスーパージャンクションMOSFETよりもはるかに低いということです。

この低い導通損失の関連性は、SiCカスコードFETがより高い温度でより少ない電力を消費することです。 150℃でのスーパージャンクションデバイスよりも最大30%少ない電力。 消費される電力量も温度の上昇に寄与するため、消費損失が少ないということは、全体的な温度が低くなることを意味し、したがって、Rds(on)の数値がさらに低くなります。 Rds(on)が低いということは、アプリケーションがより高い電流を流すことができることも意味します。これは、これらのデバイスが使用されるアプリケーションでは、さらに重要な意味を持ちます。 このFoMのもう1つのプラスの影響は、ダイ面積を最小限に抑えることができることです。これにより、スイッチングとボディダイオードの損失を減らすことができます。

SiCカスコードFETの温度に対するRds(on)の低い増加率は、SiCで使用される高レベルのドーピングによって引き起こされる、この技術の固有の機能です。 これにより、電子移動度の低下が遅くなり、すべての半導体材料で、温度が上昇すると上昇します。 ゲート電荷やその他のFoMに関して、これが持つ他の利点と組み合わせると、エンジニアは、SiCカスコードFETを使用することで、システムレベルで設計を大幅に改善し、コストを削減する方法を理解できます。

データシートは、デバイスがさまざまな条件でどのように機能するかについての洞察を提供しますが、温度によってどのように影響を受けるかを理解し、さまざまなタイプのデバイス間で大まかな仮定を行わないことが重要です。