东芝推出业界首款2200V双碳化硅MOSFET模块 助力工业设备的高效率和小型化

8月29日,据外媒报道,9月23日东芝推出业内首款2200V双碳化硅MOSFET模块MG250YD2YMS3,该模块可简化逆变器设计并提高其功率密度,从而减小模块体积及重量。

 

东芝推出业界首款2200V双碳化硅MOSFET模块 助力工业设备的高效率和小型化

 

图片源于东芝官网

传统三电平逆变器(three-level inverter)开关损耗较低,这是因为开关电器的开路电压(off-state voltage)为线电压(line voltage)的一半。而相较于三电平逆变器,两电平逆变器(two-level inverter)模块数量较少,有助于设备小型化。但是,由于外加电压(applied voltage)与线电压一致,因此两电平逆变器需要具有更高击穿电压(breakdown voltage)的半导体器件。解决上述适配问题至关重要,因为相较于传统三电平硅(Si)IGBT逆变器,基于新器件的两电平逆变器已实现更高的工作频率及更低的功率损耗。

该2200V双碳化硅MOSFET模块的漏源电压(VDSS)额定值为2200V,可支持漏端电流(continuous drain current)为250A,漏极电流(脉冲)(IDP)为500A的器件。该2200V双碳化硅MOSFET模块的隔离电压(Visol)为4000Vrms,器件可在高达150℃的通道温度(Tch)下工作。

该2200V双碳化硅MOSFET模块的传导损耗(conduction loss)较低,漏极-源极导通电压(传感器)(VDS(on)sense)仅为0.7V。此外,其开关损耗实现最小化,典型的导通损耗和关断损耗分别为14mJ和11 mJ,这意味着该模块对热管理的要求更低,从而可实现逆变器小型化。

 

该2200V双碳化硅MOSFET模块(MG250YD2YMS3)对漂移层(drift layer)杂质浓度和厚度进行优化,浓度与厚度之间的关联与现有产品中,导通电阻(RDS(ON))与绝缘击穿电压之间的关联相同。这种优化措施同时也增强了模块对宇宙射线的抗扰性,而这也正是光伏系统的重要需求。此外,该模块在p型硅(p-base)和n基区(n-drift)之间嵌入具有箝位PN结(PN junction)的肖特基二极管(SBD),保障了模块在反向传导条件下的可靠性。

东芝全碳化硅模块的开关能量损耗远低于同类硅模块。相比之下,新型碳化硅MOSFET模块的频率是传统硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)的两倍。与三电平碳化硅逆变器相比,两电平碳化硅逆变器的损耗低37%。

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