作者： Art Pini

從電動(dòng)汽車 (EV) 和光伏 (PV) 逆變器到儲(chǔ)能和充電站，電力電子應(yīng)用的數(shù)量和多樣性持續(xù)增加。這些應(yīng)用需要更高的工作電壓、更大的功率密度、更低的損耗、更高的效率和可靠性，而使用像碳化硅 (SiC) 這樣的基于寬帶隙 (WBG) 技術(shù)的功率器件就可以滿足這些要求，而且這種技術(shù)還在不斷改進(jìn)。

為什么選擇 SiC？

與硅 (Si) 相比，SiC 等 WBG 半導(dǎo)體材料具備獨(dú)特性能，因此成為開關(guān)模式電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想之選。帶隙是指將電子從材料的價(jià)帶移動(dòng)到導(dǎo)帶所需的能量。SiC 的寬帶隙特性使之能夠承受更高的工作電壓。此外，還有其他一些重要特性，包括熱導(dǎo)率、導(dǎo)通電阻、電子遷移率和飽和速度。

熱導(dǎo)率衡量熱量從半導(dǎo)體結(jié)傳導(dǎo)至外部環(huán)境的速率。SiC 的熱導(dǎo)率幾乎是 Si 的三倍。這一特性使得 SiC 器件散熱更為容易，從而具備更高的額定溫度。同時(shí)，相較于額定電壓相似的等效 Si 器件，SiC 半導(dǎo)體可以做得更薄。因此，在既定相同電壓和額定功率的情況下，SiC 器件的尺寸更小。

SiC 能夠讓設(shè)計(jì)人員在保持芯片尺寸不變的情況下，增大承載電流的面積，進(jìn)而降低器件電阻。這一特性成就了 SiC 器件最為顯著的優(yōu)勢(shì)：在器件額定電壓相同的條件下，實(shí)現(xiàn)更低的溝道導(dǎo)通電阻 (R DS(ON) )。較低的 RDS(ON) 意味著導(dǎo)通損耗更低、效率更高。

SiC 半導(dǎo)體具有更高的電子遷移率，相比 Si 器件，能夠在更高的頻率下工作。功率電路以更高開關(guān)頻率運(yùn)行會(huì)時(shí)需要使用的變壓器、扼流圈、電感器和電容器等無源元件的尺寸就會(huì)縮小，并因此實(shí)現(xiàn)成本顯著節(jié)省。這種尺寸縮小還減少了這些元器件的體積，從而實(shí)現(xiàn)更高的整體功率密度。

飽和速度是電子在高電場(chǎng)中的最大速度。在 SiC 半導(dǎo)體中，電子速度是 Si 半導(dǎo)體的兩倍，從而實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)時(shí)間以及更低的開關(guān)損耗。

最新 SiC MOSFET 實(shí)例產(chǎn)品

基于 SiC 的核心優(yōu)勢(shì)，[Vishay] 推出了 1200 V [MaxSiC] 系列 SiC MOSFET。該系列采用專有的 MOSFET 技術(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)封裝提供 45、80 和 250 m? 的 RDS(ON) 值，適用于諸如牽引逆變器、光伏能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存、車載充電器和充電站之類工業(yè)應(yīng)用。該系列產(chǎn)品還具有極快的開關(guān)速度和 3 μs 的 (SCWT)。

MaxSiC MOSFET 屬 N 溝道器件，額定最大漏源電壓 (V DS ) 為 1200 V，可在 -55 至 150°C 的溫度下工作。這些器件針對(duì)每個(gè) RDS(ON) 值提供兩種標(biāo)準(zhǔn)通孔封裝。最大功率耗散和漏極電流因型號(hào)而異，其最大功率耗散和連續(xù)漏極電流 (I D ) 分別為 227 W 和 49 A（表 1）。

上列 MaxSiC MOSFET 采用三引線或四引線 TO247-AD 封裝（圖 1）。

圖 1：MaxSiC MOSFET 采用三引線和四引線 TO-247AD 封裝。（圖片來源：Vishay）

四引線封裝為柵極驅(qū)動(dòng)連接增加了一個(gè)開爾文連接引線，以最大限度地減少源極引線連接中漏極電流壓降的耦合。

MaxSiC MOSFET 非常適合切換電壓需要大于 600 V、功率水平高至 227 W 的應(yīng)用，例如 400 和 800 V 汽車電池系統(tǒng)、光伏電源和充電站。

結(jié)語

Vishay MaxSiC MOSFET 是適合汽車和電力行業(yè)的創(chuàng)新型大功率器件。這些器件可提供比標(biāo)準(zhǔn) Si 器件更高的電壓規(guī)格和更低的溝道電阻，因此成為需要低損耗和高效率設(shè)計(jì)的理想選擇。

審核編輯 黃宇