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혁신적인 성능을 제공하는 새로운 750V Gen 4 SiC FET

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자료제공/홍사곽 지사장, UnitedSiC 코리아

SiC FETs 기술의 선두 주자인 UnitedSiC는 자사의 SiC FETs 포트폴리오를 확대하여 자동차 및 산업용 충전, 통신 정류기, 데이터센터 PFC DC-DC 컨버터뿐만 아니라 재생 에너지 및 에너지 스토리지 애플리케이션에서 WBG(Wide Band-Gap)의 적용이 가속화하도록 설계된 혁신적인 성능의 4세대 SiC FETs를 출시하였다.
United SiC의 4세대 제품은 400V 또는 500V 배터리/버스 전압 어플리케이션에서의 추가 설계 마진을 허용하기 위해서 750V 정격을 포함하여 제품군을 확장하였다. 4세대 제품은 정격 전압 상승에도 불구하고 단위 면적당 RDS(on)를 줄이고 모든 패키지에서 업계 최저 수준의 저항 수치를 제공하기 위하여 첨단 Cell density 기술을 적용하였다. 또한 발열 특성의 개선을 위해서 디바이스의 향상된 소결 다이 어태치 기술에 의해 높은 정격 전류를 달성할 수 있게 되었다. 그림 1은 전체 온도 범위에서 650V 정격인 SiC의 경쟁사 제품 대비 현저히 낮은 전도 손실을 제공하는 새로운 750V 정격의 RDS(on)수치를 보여준다.

[그림 1] 650V 정격 SiC 경쟁 제품과 비교한 750V Gen 4 UnitedSiC FET 온 저항

UnitedSiC 4세대 제품은 개발자에게 회로 설계의 편의성을 제공한다. 모든 디바이스는 표준 0V~12V 또는 15V 게이트 구동 전압으로 안전하게 작동 될 수 있다. 또한 양호한 임계 값 노이즈 마진을 통해서 실제 5V 임계 값 전압을 유지한다. 이전 세대 제품들과 같이 이러한 새로운 SiC FET들은 모든 일반적인 Si IGBT, Si MOSFET 및 SiC MOSFET 구동 전압에서 작동될 수 있으며 내장된 ESD 게이트 보호 클램프 기능을 포함한다.
낮은 저항 값과 함께, 이러한 새로운 SiC FET들은 하드/소프트 스위치 회로 모두에서 향상된 효율성을 제공한다. Totem-Pole PFC 또는 표준 2-레벨 인버터와 같은 하드스위치회로에서는 단위 면적당 낮은 저항 값과 저전압의 Si MOSFET의 0에 가까운 저장전하에 따른낮은 출력 캐패시턴스가 결합하여 탁월한 역회복 전하량(Qrr)과 낮은 Eoss/Qoss를 제공한다. 이 디바이스는 또한 저 전압 강하 Vf(<1.75V)를 가진 우수하고 강력한 일체형 다이오드를 가지고 있다.
그림 2는 RDS(on) x Eoss의 하드 스위치 성능 지수(FoM)에 있어서 750V 정격전압의 United SiC FET와 경쟁사의 650V 정격 FET 비교에서 UnitedSiC 제품의 장점을 보여준다. UJ4C075018K3S(TO247-3L 패키지)와 UJ4C075018K4S (TO247-4L 패키지)는 유사한 경쟁사와 비교하여 25도에서는 50% 낮고 125도에서는 거의 40% 정도 낮은 18mΩ의 낮은 저항 값을 가지는 특징이 있다.

[그림 2] 650V 정격 SiC 경쟁 제품과 비교한 UnitedSiC 750V FET의 하드-스위칭 성능 지수 이점

또한 이러한 새로운 디바이스들은 LLC 또는 PSFB 와 같은 고주파, 소프트 스위칭 공명 변환 토폴로지에서 향상된 성능을 제공한다. 750V UnitedSiC FETs 의 획기적인 성능은 온-레지스턴스 값이 현저히 감소되며 동시에 낮은 출력 캐패시턴스인 Coss(tr)를 제공함으로써 얻어진다. 그림 3에서는 650V 정격과 비교하여 4세대 750V 정격의 제품의 장점 중 하나인 소프트 스위칭 특성을 보여주고 있다.

[그림 3] 650V 정격 SiC 경쟁 제품과 비교한 750V SiC FET의 소프트 스위칭 성능 지수 이점

위 자료는 또한 Coss(tr) 가 사용 가능한 최대 주파수를 제한함으로 인하여 지연이 발생 시에 LLC 턴오프 파형의 예시를 보여준다. 이 경우 4세대 United SiC FET은 고속 턴오프를 위한 매우 낮은 Coss(tr)와 높은 정격전압을 제공하며 그 소프트 스위칭 성능은 모든 동작 가능 온도 범위에 걸쳐서 동급에서 가장 우수한다. 그림 4에 표시된 도표는 4세대 750V FET 의 비교 우위성을 요약한 것이다. SiC FET는 키 하드 스위칭과 소프트 스위칭 매개변수들을 고려할 때 일치하지 않다. 단위 면적당 최저의 온저항값은 기존 Si나 신흥 WBG 경쟁 기술로는 달성할 수 없는 성능을 표준 패키지를 통해 가능하도록 한다.

[그림 4] 주요 매개 변수가 표준화된 UnitedSiC 750V FET 비교 우위의 레이더 플롯(참고: 값이 낮을수록 우수)

이러한 UnitedSiC의 SiC FET는 향상된 4세대 기술에 의하여 가능해진 완전히 새로운 수준의 성능을 제공한다. 750V 옵션을 추가함으로써 설계자들은 이제 추가적인 버스 전압 헤드룸을 갖게 되었고 전반적으로 더 우수한 성능의 SiC FET 제품을 통해서 그들의 차세대 시스템 설계에서 혜택을 볼 수 있을 것이다.