SMPD先进绝缘封装充分发挥SiC MOSFET优势
作者：littelfuse公司aalok bhatt、francois perraud、josé padilla和martin schulz
isoplus - smpd 及其优势
smpd代表表面安装功率器件(surface mount power device)，是先进的顶部散热绝缘封装，由ixys（现在是littelfuse公司的一部分）在2012年开发。smpd只有硬币大小，具有几项关键优势：
· 集成dcb绝缘，可在功率和温度循环下提供最佳的可靠性。
· ixys专有dcb结构具有最低2.5kv绝缘电压。
· 在器件中优化dcb空间的使用，提高功率密度，简化热管理。
· 允许标准回流焊，便于制造。
smpd可用于标准拓扑结构，如降压、升压、桥臂(phase-leg)，甚至是定制的组合。它们可用于各种技术产品，如si/sic mosfet、igbt、二极管、晶闸管、三端双向可控硅，或定制组合，具有从40v到3000v不同电压等级。
与标准分立器件相比，基于sic的smpd具有性能优势
在基于碳化硅（sic）mosfet的smpd和标准分立封装之间进行动态测量，以量化littelfuse smpd所提供的优势。
测量原理是基于标准的双脉冲测试装置，并使用littelfuse的动态特性分析平台进行测试。在mosfet开关参数方面进行器件比较，如开关时间tsw和开关能量esw，以及二极管开关参数，如反向恢复时间trr、最大反向电流irm和反向恢复能量err。
将一个1200v的sic smpd器件与具有相近导通电阻rds(on)，在栅极至源极工作电压(vgs)方面采用相近技术的标准分立封装器件进行比较。
栅极电压的比较表明，带有开尔文源的smpd不仅加快了栅极的充电速度，而且由于其封装电感较低，在相同的工作条件下减少了栅极振荡。导通期间的漏极电流比较表明，尽管to-247-4l和to-263-7l封装器件具有相近的沟道电阻rds(on)和相近技术mosfet芯片，但其尖峰电流却高出约25%。因此，由于最大反向恢复电流irm值较高，这些器件的体二极管可能遭受更大的应力。从体二极管的反向电流比较中可以看出，尽管smpd和to-247-3l封装中的芯片相同，但smpd器件具有更短的反向恢复时间，更高的di/dt，这又反过来减少了体二极管的损耗，提高了整个系统的效率。
从测量结果可以看出，与标准分立封装相比，smpd的所有动态参数都有明显的改善。根据观察，尽管在smpd和to-247-3l封装中具有相同的芯片，但smpd在应用中提供了显着的性能改进。假设应用的开关频率为80khz，漏极到源极电压为800v，smpd在50%负载条件下可减少21%的开关损耗，在80%负载条件下可减少18%的损耗。与所有其他分立器件相比，smpd损耗的降低程度在50%负载下更为突出。
smpd在应用中具有多种优势
由于独立的开尔文源极脚(s)，栅极驱动路径与负载电路分离。负载电流没有负反馈到栅极回路中，这改善了emi，并减少了寄生导通的风险。
大部分杂散电感ls被排除在栅极环路之外，实现了更快的开关速度，不仅降低了损耗，还提高了效率，并减少了栅极振荡。
最大限度地减少了封装的相互寄生电感和耦合电容。
最大限度地减少了损耗，提高了效率。smpd还将结温tvj保持在低水平，从而简化了热设计。
基于dcb的绝缘封装，减化了安装和热设计[1] 。
通过在应用中使用smpd，设计人员可以实现更短的功率环路，同时减少必需器件的数目。较短的功率环路使得杂散电感最小化，这有助于减少栅极振荡和漏极电压过冲。
使用基于sic mosfet的smpd器件组成功率级架构
littelfuse的smpd可用于标准的功率电子器件，设计人员可以用更少的器件实现高出36%的功率能力。
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栅极电压的比较表明，带有开尔文源的smpd不仅加快了栅极的充电速度，而且由于其封装电感较低，在相同的工作条件下减少了栅极振荡。导通期间的漏极电流比较表明，尽管to-247-4l和to-263-7l封装器件具有相近的沟道电阻rds(on)和相近技术mosfet芯片，但其尖峰电流却高出约25%。因此，由于最大反向恢复电流irm值较高，这些器件的体二极管可能遭受更大的应力。从体二极管的反向电流比较中可以看出，尽管smpd和to-247-3l封装中的芯片相同，但smpd器件具有更短的反向恢复时间，更高的di/dt，这又反过来减少了体二极管的损耗，提高了整个系统的效率。
从测量结果可以看出，与标准分立封装相比，smpd的所有动态参数都有明显的改善。根据观察，尽管在smpd和to-247-3l封装中具有相同的芯片，但smpd在应用中提供了显着的性能改进。假设应用的开关频率为80khz，漏极到源极电压为800v，smpd在50%负载条件下可减少21%的开关损耗，在80%负载条件下可减少18%的损耗。与所有其他分立器件相比，smpd损耗的降低程度在50%负载下更为突出。
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大部分杂散电感ls被排除在栅极环路之外，实现了更快的开关速度，不仅降低了损耗，还提高了效率，并减少了栅极振荡。
最大限度地减少了封装的相互寄生电感和耦合电容。
最大限度地减少了损耗，提高了效率。smpd还将结温tvj保持在低水平，从而简化了热设计。
基于dcb的绝缘封装，减化了安装和热设计[1] 。
通过在应用中使用smpd，设计人员可以实现更短的功率环路，同时减少必需器件的数目。较短的功率环路使得杂散电感最小化，这有助于减少栅极振荡和漏极电压过冲。
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