NoMIS Power, SiC 단락의 내구성 시간 연장해

실리콘 카바이드(SiC) 전력 반도체 전문 기업인 NoMIS Power가 SiC MOSFET의 단락 회로 내성 시간(SCWT)을 향상시키는 획기적인 기술을 발표했다. 이 혁신 기술은 고전력 애플리케이션에서 SiC 기술의 광범위한 도입을 저해하는 문제를 해결해준다.

그림 1: 고장 직전 단락 조건에서 NoMIS Power SiC MOSFET과 긴 SCWT를 갖는 NoMIS Power SiC MOSFET의 드레인 전류. NoMIS Power의 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET(진한 파란색)과 긴 SCWT를 갖는 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET(연한 파란색)의 드레인 전류를 비교합니다. 단락 회로 측정은 Rg 20 Ω, Vgs 20 V, Vds 800 V 조건에서 수행되었습니다. — 그림 1: 고장 직전 단락 조건에서 NoMIS Power SiC MOSFET과 긴 SCWT를 갖는 NoMIS Power SiC MOSFET의 드레인 전류. NoMIS Power의 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET(진한 파란색)과 긴 SCWT를 갖는 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET(연한 파란색)의 드레인 전류를 비교한다. 단락 회로 측정은 Rg 20 Ω, Vgs 20 V, Vds 800 V 조건에서 수행되었다.

그림 2: 긴 SCWT를 적용한 NoMIS Power 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET과 NoMIS Power 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET의 일반적인 출력 특성은 온 저항에 상당한 부정적 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. — 그림 2: 긴 SCWT를 적용한 NoMIS Power 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET과 NoMIS Power 1.2 kV, 80 mΩ SiC MOSFET의 일반적인 출력 특성은 온 저항에 상당한 부정적 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

실리콘 카바이드(SiC) 소자는 높은 효율, 빠른 스위칭, 그리고 탁월한 열 성능으로 전력 전자 분야에서 각광받고 있다. 그러나 실리콘 기반 IGBT에 비해 역사적으로 낮은 단락 회로 견고성은 산업용 드라이브, 전기 자동차, 그리드 애플리케이션과 같은 고전압 및 고신뢰성 환경에서 사용하는 데 어려움을 야기해 왔다.

NoMIS Power의 최신 기술은 SiC MOSFET의 SCWT(초기 잔류 전압)를 현재 업계 표준인 2~3µs보다 최소 5µs(그림 1)로 크게 확장했으며, 비저항(R _on,sp )에 악영향을 미치지 않는다(그림 2). 이러한 향상된 성능은 신뢰성을 크게 향상시키고, 내결함성을 유지하면서 성능을 극대화하려는 시스템 설계자에게 새로운 기회를 제공한다.

NoMIS Power의 독점적인 SiC MOSFET 제조 설계 및 공정 흐름을 사용하여 R on,sp와 SCWT 간의 트레이드오프를 조정함으로써 그림 1과 그림 2에 나타난 성능이 달성되었는데 특정 애플리케이션에 따라 유사한 관리가 가능하다.

이 접근 방식을 사용하여 긴 SCWT를 갖는 SiC MOSFET을 완벽하게 최적화함으로써 NoMIS Power는 R _on,sp 에 미치는 영향을 최소화하면서 SCWT를 더욱 확장할 수 있게 되었다 .

소자 아키텍처 엔지니어링에 집중하여 SiC 단락 회로 내구성을 크게 향상시킨 이 기술은 잠재적 결함에 대한 철저한 차폐를 거쳤으며 높은 di/dt 및 dv/dt에 대한 게이트 드라이버 불포화(dSat) 설계를 용이하게 하여 최대 수백 kHz의 빠른 스위칭 주파수를 구현한다.

초기 테스트 결과, 기존 SiC 소자 대비 단락 회로 내성 시간이 2배에서 4배 향상되었다. 또한, 접합부-케이스 열 용량에 영향을 미치는 패키징 혁신 기술과 높은 열 전달 계수를 가진 새로운 열 관리 기술을 결합하면 SiC MOSFET의 전체 SCWT를 더욱 향상시킬 수 있다.

이 혁신은 재생 에너지, 전기 운송, 고전력 산업 분야를 포함한 다양한 산업에 적용될 것으로 보인다. 단락 내성 시간이 길어짐에 따라 중요 애플리케이션에서 견고하고 안정적인 성능이 보장되어 SiC 기반 전력 시스템의 견고성이 더욱 강화된다.

예를 들어, 전력 변환기 내부에 내장된 SiC MOSFET의 이중화는 비용과 전력 밀도에 영향을 미치는 문제를 줄일 수 있다. 단락 이벤트를 감지하고 조치를 취하기 위해 디지털 제어 및 감지 방식에만 의존할 수 없는 전자기 간섭에 민감한 애플리케이션은 이제 더 낮은 위험도로 SiC MOSFET을 효과적으로 활용할 수 있게 된다.