SMPD先進絕緣封裝充分發揮SiC MOSFET優勢

作者：Littelfuse公司Aalok Bhatt、Francois Perraud、José Padilla和Martin Schulz

ISOPLUS - SMPD及其優勢

SMPD代表表面安裝功率器件(Surface Mount Power Device)，是先進的頂部散熱絕緣封裝，由IXYS（現在是Littelfuse公司的一部分）在2012年開發。SMPD只有硬幣大小，具有幾項關鍵優勢：

· 集成DCB絕緣，可在功率和溫度循環下提供最佳的可靠性。

· IXYS專有DCB結構具有最低2.5kV絕緣電壓。

· 在器件中優化DCB空間的使用，提高功率密度，簡化熱管理。

· 允許標準回流焊，便于制造。

SMPD可用于標準拓撲結構，如降壓、升壓、橋臂(phase-leg)，甚至是定制的組合。它們可用于各種技術產品，如Si/SiC MOSFET、IGBT、二極管、晶閘管、三端雙向可控硅，或定制組合，具有從40V到3000V不同電壓等級。

與標準分立器件相比，基于SiC的SMPD具有性能優勢

在基于碳化硅（SiC）MOSFET的SMPD和標準分立封裝之間進行動態測量，以量化Littelfuse SMPD所提供的優勢。

測量原理是基于標準的雙脈沖測試裝置，并使用Littelfuse的動態特性分析平臺進行測試。在MOSFET開關參數方面進行器件比較，如開關時間Tsw和開關能量Esw，以及二極管開關參數，如反向恢復時間trr、最大反向電流Irm和反向恢復能量Err。

將一個1200V的SiC SMPD器件與具有相近導通電阻RDS(ON)，在柵極至源極工作電壓(VGS)方面采用相近技術的標準分立封裝器件進行比較。

柵極電壓的比較表明，帶有開爾文源的SMPD不僅加快了柵極的充電速度，而且由于其封裝電感較低，在相同的工作條件下減少了柵極振蕩。導通期間的漏極電流比較表明，盡管TO-247-4L和TO-263-7L封裝器件具有相近的溝道電阻RDS(ON)和相近技術MOSFET芯片，但其尖峰電流卻高出約25%。因此，由于最大反向恢復電流Irm值較高，這些器件的體二極管可能遭受更大的應力。從體二極管的反向電流比較中可以看出，盡管SMPD和TO-247-3L封裝中的芯片相同，但SMPD器件具有更短的反向恢復時間，更高的di/dt，這又反過來減少了體二極管的損耗，提高了整個系統的效率。

從測量結果可以看出，與標準分立封裝相比，SMPD的所有動態參數都有明顯的改善。根據觀察，盡管在SMPD和TO-247-3L封裝中具有相同的芯片，但SMPD在應用中提供了顯著的性能改進。假設應用的開關頻率為80kHz，漏極到源極電壓為800V，SMPD在50%負載條件下可減少21%的開關損耗，在80%負載條件下可減少18%的損耗。與所有其他分立器件相比，SMPD損耗的降低程度在50%負載下更為突出。

SMPD在應用中具有多種優勢

由于獨立的開爾文源極腳(S)，柵極驅動路徑與負載電路分離。負載電流沒有負反饋到柵極回路中，這改善了EMI，并減少了寄生導通的風險。

大部分雜散電感Ls被排除在柵極環路之外，實現了更快的開關速度，不僅降低了損耗，還提高了效率，并減少了柵極振蕩。

最大限度地減少了封裝的相互寄生電感和耦合電容。

最大限度地減少了損耗，提高了效率。SMPD還將結溫Tvj保持在低水平，從而簡化了熱設計。

基于DCB的絕緣封裝，減化了安裝和熱設計[1] 。

通過在應用中使用SMPD，設計人員可以實現更短的功率環路，同時減少必需器件的數目。較短的功率環路使得雜散電感最小化，這有助于減少柵極振蕩和漏極電壓過沖。

使用基于SiC MOSFET的SMPD器件組成功率級架構

Littelfuse的SMPD可用于標準的功率電子器件，設計人員可以用更少的器件實現高出36%的功率能力。

審核編輯：湯梓紅