تتفوق ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون على ترانزستورات IGBT من Si عندما يتعلق الأمر بتطبيقات الجهد العالي مثل مركبات الطاقة الذكية والآلات الصناعية، حيث تقدم أداء طاقة متفوقًا مقارنة بترانزستورات IGBT من حيث أداء الطاقة وتبديد الحرارة ونطاق درجة الحرارة. علاوة على ذلك، تتجاوز موثوقيتها موثوقية ترانزستورات IGBTs أيضًا.
عند تطبيقها على البوابة، عندما يتم تطبيق الجهد الموجب على ثقوب سطح السيليكون من النوع p، تنجذب الثقوب بعيدًا بواسطة مجالها الكهربائي وتترك وراءها منطقة فارغة تسمى منطقة النضوب.
الجهد العالي
تتميز MOSFETs المصنوعة من كربيد السيليكون بمعدلات جهد عالية، وتؤدي أداءً استثنائيًا في تصميمات الدوائر الإلكترونية المختلفة نظرًا لخصائصها الموفرة للطاقة وقدراتها الفعالة في تبديد الحرارة.
فهي تتميز بمقاومة تشغيل أقل وتعمل بترددات أعلى من أجهزة الطاقة التقليدية القائمة على السيليكون - التي غالبًا ما تكون عنق الزجاجة للأنظمة الحديثة - مما يوفر فوائد كبيرة من حيث تقليل حجم المكونات وكفاءة النظام.
تتميز أجهزة الطاقة من SiC بمعايير كهربائية متفوقة مقارنةً بأجهزة السيليكون، بما في ذلك انخفاض معدل الإشعاع ودرجة حرارة التشغيل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الصعبة مثل محولات الجر وآلات اللحام وأنظمة الطاقة المتجددة ومحطات الشحن ومراكز بيانات تكنولوجيا المعلومات وكذلك البيئات الوعرة مثل أكشاك اللحام. كما أن موثوقيتها الفائقة وعمرها الافتراضي يجعلها تحظى بشعبية كبيرة بين المهندسين - وهذا العامل وحده يفسر شعبيتها المتزايدة بين المهندسين.
تيار عالي
تسمح MOSFETs من كربيد السيليكون لأجهزة الطاقة بالتعامل مع التيارات العالية بكفاءة، وهو أمر بالغ الأهمية حيث يتيح ذلك ترددات تبديل أعلى تقلل من متطلبات المكونات الحثية والسعة في تصميم دائرة الطاقة.
تعمل SiC MOSFETs من خلال سحب التيار بين طرفي المصدر والمصرف، والذي يتم تمكينه من خلال تطبيق جهد موجب على بواباتها؛ وهذا يخلق مجالاً كهربائياً يسحب الإلكترونات من المنطقة p العلوية إلى قناة موصلة ويضعها في حالة "التشغيل". وعلى العكس، يؤدي تطبيق جهد كهربي صفري أو سالب إلى عكس هذا التأثير، مما يوقف تدفق التيار ويعيد الجهاز إلى حالة "إيقاف التشغيل".
نظرًا لأن أجهزة SiC MOSFETs هي أجهزة أحادية القطب (تتضمن فقط إلكترونات تتدفق عبر مناطق أشباه الموصلات من النوع n لتدفق التيار)، يمكن تشغيلها عند جهد مصدر التصريف المنخفض نسبيًا مع مقاومة قليلة جدًا في الحالة؛ مما يؤدي إلى أوقات تبديل أسرع.
مقاومة منخفضة عند التشغيل
تم تصميم أجهزة mosfets من كربيد السيليكون للاستخدام في البيئات القاسية وتعد إضافة ممتازة لمحولات الجر ومحركات المحركات والطاقة الشمسية وأنظمة الطاقة الاحتياطية. تسمح كفاءتها الأعلى مقارنةً بأجهزة السيليكون بأنظمة أصغر ضمن مساحة أصغر مع توفير طاقة أكبر من أجهزة السيليكون الأكثر قوة وحدها.
يمكن لمفاتيح SiC MOSFETs أن تصل إلى جهد حجب أعلى بكثير من مفاتيح IGBTs (حتى 1200 فولت)، ولكن يجب إدارة إشارة التصريف إلى المصدر (VDS) بعناية على المفاتيح عالية الجانب لتجنب الجهد الزائد الذي قد يؤدي إلى تسخين جول كبير وتلف الجهاز. ولذلك، يلزم إجراء قياسات تحقق دقيقة باستخدام راسم ذبذبات مزود بمسابير دقيقة وأوقات ميتة للإدارة السليمة.
توفر Tektronix مجموعة من الأدوات للتحقق من صحة أداء أشباه موصلات الطاقة، بما في ذلك أشباه الموصلات MOSFETs. استكشف المزيد من خلال مذكرة التطبيق الجديدة - القياس الفعال لإشارات MOSFET في إلكترونيات الطاقة SiC
تسرب منخفض
تتميز MOSFETs من كربيد السيليكون بتيار تسرب أقل من نظيراتها من السيليكون، مما يتيح سرعات تبديل أسرع ويقلل من إجمالي خسائر الطاقة في أنظمة الطاقة.
تُعد وحدات SiC MOSFETs أكثر مقاومة للهروب الحراري من وحدات MOSFETs ذات القدرة السيليكونية القياسية وIGBTs، مما يسمح لها بالعمل بفعالية حتى في درجات الحرارة المحيطة الأكثر دفئًا دون مكونات تبريد إضافية. وهذا يجعل من SiC MOSFETs مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الصناعية وتطبيقات السيارات حيث يتطلب تحديد موضع الجسم بدقة أو حركة ذراع الأداة تحكمًا عاليًا في محرك مؤازر لتحديد الموضع أو الحركة بدقة.
تتميز محفظة الجيل الثالث من الجيل الثالث من مجموعة MOSFET من كربيد السيليكون (SiC) من شركة GeneSiC بحزم متطورة وقوالب عارية، مما يوفر معدلات تتراوح من 650 فولت إلى 6.5 كيلو فولت، مما يجعلها مناسبة لطوبولوجيا التحويل الصلبة والرنينية، وقيادة IGBTs بكفاءة، وتؤدي إلى تقليل الوزن والحجم بشكل كبير.