碳化硅（SiC），又名碳化硅，是一種硅和碳化合物。其材料特性使SiC器件具有高阻斷電壓能力和低比導(dǎo)通電阻。這些特性允許超快的開(kāi)關(guān)速度和在高溫下工作的能力，使SiC成為電力電子領(lǐng)域傳統(tǒng)硅基（Si）器件的可行繼任者。該技術(shù)可以應(yīng)用于突出的應(yīng)用，如汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)和充電、太陽(yáng)能和儲(chǔ)能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和通信電源和UPS、工業(yè)驅(qū)動(dòng)、暖通空調(diào)和焊接。

肖特基二極管（SBD）和MOSFET是通常指定的SiC器件。與硅器件相比，碳化硅器件具有五大關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：

電源轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)影響開(kāi)關(guān)損耗、變壓器損耗、轉(zhuǎn)換器整體尺寸/重量和轉(zhuǎn)換器級(jí)電磁干擾（EMI）等因素。與硅開(kāi)關(guān)相比，SiC MOSFET具有低開(kāi)關(guān)損耗能量和超低柵極電荷，從而實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊的變壓器設(shè)計(jì)，同時(shí)降低功率損耗。

這導(dǎo)通電阻（RDS（開(kāi)）)是MOSFET的源極和漏極之間的電阻。導(dǎo)通電阻越低，功率損耗越低。低RDS（開(kāi)）也意味著更低的發(fā)熱量。1700 V SiC MOSFET的比導(dǎo)通電阻遠(yuǎn)低于2000 V及以上Si MOSFET。可以使用更小的封裝，具有相同的導(dǎo)通電阻額定值，從而提高了1700 V SiC MOSFET的性價(jià)比。SiC SBD在結(jié)溫（TJ）高于150°C。

SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗低于Si MOSFET，可以提高轉(zhuǎn)換器效率。散熱器可以減小尺寸，甚至可以完全拆除。較低的開(kāi)關(guān)損耗還為提高輔助電源的開(kāi)關(guān)頻率提供了選擇，以最大限度地減小變壓器的尺寸和重量。超低開(kāi)關(guān)損耗和快速開(kāi)關(guān)速度可顯著提高能效。

碳化硅器件具有寬禁帶;帶隙是指價(jià)帶頂部和導(dǎo)帶底部之間的能量差。較長(zhǎng)的距離使設(shè)備能夠在更高的電壓、溫度和頻率下運(yùn)行。分立式SiC肖特基二極管和SiC MOSFET器件具有寬禁帶（4H-SiC具有3.3eV），可實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗。在比較具有相同結(jié)構(gòu)和尺寸的SiC和Si半導(dǎo)體芯片時(shí)，SiC芯片表現(xiàn)出比Si芯片更低的比導(dǎo)通電阻和更高的擊穿電壓。

SiC的導(dǎo)熱性比普通Si提高了三倍。碳化硅還可以承受比普通硅高10倍的電壓，提高導(dǎo)熱性可以降低系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。SiC MOSFET器件兼具高工作電壓和快速開(kāi)關(guān)速度，這是傳統(tǒng)功率晶體管通常不具備的組合。

如圖1所示，SiC器件具有較低的開(kāi)關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗，從而減小了組件尺寸并提高了功率密度。它們?cè)诟呓Y(jié)溫下工作，具有低柵極電阻、低柵極電荷、低輸出電容和超低導(dǎo)通電阻。

具有多種額定電流（6A、8A、10A、16A或20A）。它們?yōu)殡娏﹄娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了多種性能優(yōu)勢(shì)，包括可忽略不計(jì)的反向恢復(fù)電流、高浪涌能力和175°C的最高工作結(jié)溫;這些規(guī)格使其適用于提高效率、可靠性和熱管理應(yīng)用。

與類(lèi)似額定值的IGBT相比，SiC MOSFET器件結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更低的每周期開(kāi)關(guān)損耗和更高的輕載效率。SiC固有的材料特性使SiC MOSFET在阻斷電壓、比電阻和結(jié)電容方面優(yōu)于類(lèi)似額定值的Si MOSFET。

支持最大漏源電壓（VDS）的1700V，導(dǎo)通電阻（RDS（開(kāi)））為750 mΩ，最大工作結(jié)溫為175oC。其引腳排列簡(jiǎn)化了PCB布線，開(kāi)爾文源極連接減少了柵極驅(qū)動(dòng)電路中的雜散電感，從而提高了效率、EMI行為和開(kāi)關(guān)性能。

審核編輯：劉清