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推荐产品

瑶芯微碳化硅SiC MOS授权代理

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科锐首推的碳化硅肖特基二极管在功率应用上推广

产品特性： 优化了价格和性能 提供多种额定电流和封装选择 开关损耗可锐减 50%

应用范围： 将碳化硅功率器件向主流功率应用中推广 用于电源和 UPS 设备中的功率因数校正二极管

科锐公司日前宣布推出一新型产品系列。该系列产品由七款1200V Z-Rec 碳化硅 (SiC) 肖特基二极管组成，不仅优化了价格和性能，还可提供多种额定电流和封装选择。通过推出种类齐全的碳化硅二极管产品系列，科锐不断将碳化硅功率器件向主流功率应用中推广。

科锐Z-Rec二极管具有零反向恢复损耗特性，与同类硅二极管相比，开关损耗可锐减 50%。该产品在运行温度范围内具有高度一致的开关性能，可以简化电路设计并能省去复杂的散热器系统设计。在与科锐近期推出的1200V碳化硅功率MOSFET配合使用时，这些碳化硅肖特基二极管可以实现全碳化硅功率电子线路的运行，其运行的开关频率较传统硅二极管和 IGBT 可高出四倍。不仅可以缩小逆变器应用电路的尺寸，降低逆变器电路的复杂程度和成本，还能达到极高的系统效率。与上一代碳化硅肖特基二极管相比，该系列产品的优势在于具有更高的浪涌额定值和电子雪崩性能，可以帮助提高系统整体的可靠性。

该系列产品非常适合在太阳能逆变器和三相电机驱动电路中用作增压二极管和反并联二极管，也可以用于电源和 UPS 设备中的功率因数校正(PFC)二极管，还可以并联运行以满足更高功率要求。

rohm SiC（碳化硅）功率器件代理商

SiC（碳化硅）功率器件

与Si半导体相比，SiC功率元件可进一步实现小型化、低功耗及高效化。它在高温环境下具备优良的工作特性，且开关损耗更低，作为新一代低损耗元件，备受期待。

SiC功率器件的使用手册 、请点击这里 ApplicationNote

新产品、更新产品

BSM180D12P2C101

Half bridge module consisting of ROHM SiC-DMOSFETs.

PDF Datasheet

SiC（碳化硅）肖特基二极管 (39)

因为Total Capacitive Charge(Qc)小、可以降低开关损失,实现高速开关。而且，Si快速恢复二极管的trr会随着温度上升而增大，而SiC则可以维持大体一定的特性。

SiC（碳化硅）MOSFET (5)

开关时的差动放大电流原则上是没有的，所以可以高速运作，开关损失降低。 小尺寸芯片的导通电阻低，所以实现低容量・低门极消耗。 Si产品随温度的上升导通电阻上升2倍以上，SiC的导通电阻上升小，可以实现整机的小型化和节能化。

SiC（碳化硅）功率模块 (2)

内置的功率半导体元件全部由SiC构成，与Si(硅)材质的IGBT模块相比，可大幅降低开关损耗。 内置SiC-SBD、SiC-MOSFET，与传统的Si-IGBT相比，在100KHｚ以上的高频环境下工作成为可能。

力特1700V碳化硅肖特基势垒二极管LSIC2SD170Bxx系列

力特极快和低损耗的开关非常适合数据中心、楼宇自动化和其他高功率电子应用

力特1700V碳化硅肖特基势垒二极管LSIC2SD170Bxx系列

Littelfuse宣布对其碳化硅（SiC）二极管产品组合进行扩充，新增1700 V级产品 (观看视频)。LSIC2SD170Bxx 系列碳化硅肖特基二极管采用TO-247-2L封装，可选择额定电流（10A、25A或50A)。 这些产品为电力电子系统设计人员提供了多种性能优势，包括接近于零的反向恢复电流、高浪涌保护能力和175°C的最大工作结温，因此它们非常适合需要提高效率、可靠性和简化热管理的应用。

碳化硅肖特基势垒二极管非常适用于工业、能源生产和能源分配/存储的各种AC/DC和DC/DC电源转换器，包括：

  • 工业开关模式电源
  • 不间断电源
  • 电池充电器
  • 太阳能逆变器
  • 工业电机驱动器
  • 高速整流器

“在电源设计中使用碳化硅二极管而不是基于传统硅基技术的二极管有助于设计人员开发更节能的电源转换器，从而节省能源并降低与冷却电力电子设备相关的成本。”Littelfuse碳化硅产品营销经理Francois Perraud表示， “这些产品可支持设计出转换器中响应更快的开关功率电子设备，然后可以在相同的输出功率下让外形尺寸更加紧凑，或者在相同的体积下提供更高的功率。”

LSIC2SD170Bxx碳化硅肖特基二极管具有以下主要优势：

  • 正向电压的正温度系数可确保安全操作并简化并联
  • 极为迅速、不受温度影响的切换
  • 相比硅双极二极管，切换损耗显着减少
  • 优化整体系统效率

供货情况

LSIC2SD170Bxx SiC肖特基二极管采用TO-247-2L管式封装，最低订购量为450台设备。如需要样品及订货，请联系品慧电子：0755-29500800 

关于Littelfuse

Littelfuse, Inc. (纳斯达克：LFUS)是一家致力于打造一个可持续、互联和更安全世界的工业技术制造公司。我们在全球超过15个国家拥有12,000名员工，与客户合作设计并提供创新、可靠的解决方案。我们的产品遍及工业、交通和电子终端市场，为超过100，000名终端客户提供服务——无处不在，每时每刻。了解详情请访问Littelfuse.com。

SiC碳化硅MOSFET的基本结构及SIC MOS的主要参数

SiC碳化硅MOS内部晶胞单元的结构，主要有二种：平面结构和沟槽结构。


平面SiC MOSFET的结构的特点是工艺简单，单元的一致性较好，雪崩能量比较高。但是，这种结构的中间，N区夹在两个P区域之间，当电流被限制在靠近P体区域的狭窄的N区中流过时，将产生JFET效应，从而增加通态电阻；同时，这种结构的寄生电容也较大。

沟槽SiC MOSFET的结构将栅极埋入基体中，形成垂直的沟道，由于要开沟槽，工艺变得复杂，单元的一致性、雪崩能量比平面结构差。但是，由于这种结构可以增加单元密度，没有JFET效应，沟道晶面实现最佳的沟道迁移率，导通电阻比平面结构要明显的降低；同时，寄生电容更小，开关速度快，开关损耗非常低，因此，新一代的结构都研究和采用这种结构。

碳化硅mosfet有哪些主要参数

碳化硅MOSFET相关的主要参数包括：

  1. 阈值电压（Vth）- 这是MOSFET开启的电压。随着Vth的增加，MOSFET的开关速度会变慢。
  2. 导通电阻（Rdson）- 这是MOSFET在线性区域内的电阻。它与MOSFET的尺寸和结构有关，Rdson越小，MOSFET的效率就越高。
  3. 最大漏电流（Idmax）- 这是MOSFET在最大允许温度下能承受的最大漏电流。
  4. 最大额定电压（Vdss）- 这是MOSFET能够承受的最大电压。
  5. 开关速度（switching speed）- 这是MOSFET的开关时间，即从关到开或从开到关的时间。它通常说是在负载电感和电容条件下的开关时间。

碳化硅功率模块介绍：为什么碳化硅功率模块是某些应用的首选？
什么是第三代半导体材料呢？如今，功率半导体使用最广泛的材料是硅。硅的生产成本低廉，而且该技术广为人知。然而，还有其他材料，即所谓的复合功率半导体，如碳化硅和氮化镓，这两种新型的半导体材料就是第三代半导体材料，它们是更有效的电导体。这意味着在任何电源转换过程中，通过热量损失的能量更少，这具有减少对昂贵冷却系统的需求以及降低电力电子单元的尺寸和重量的额外好处。

本文详细介绍了什么是碳化硅功率模块、它们的工作原理以及为什么碳化硅在特定应用中是首选。

什么是碳化硅（SiC）？

碳化硅（SiC）比我们的太阳系更古老，最早是在4亿年前的陨石中发现的。但直到现在，碳化硅才已经工业化到现在在商业和技术上与硅竞争的程度。

碳化硅结合了具有独特电气特性的硅（Si）和碳（C），可以为各种应用构建高性能半导体。

什么是碳化硅（SiC）功率模块？

碳化硅功率模块是使用碳化硅半导体作为开关的功率模块。

碳化硅功率模块用于转换电能，是电流和电压的乘积，转换效率高。

为什么碳化硅（SiC）功率模块是某些应用的首选？

为什么碳化硅（SiC）功率模块是某些应用的首选？

碳化硅作为一种半导体具有宽禁带，用于MOSFET时，它具有非常低的开关损耗，因此与常规硅器件相比，它允许更高的开关频率。同时，与传统的硅半导体相比，它可以在更高的温度和更高的电压下工作。

碳化硅功率半导体的使用预计将呈指数级增长，因为它具有关键的效率特性，可以降低成本，同时提高各种应用的系统性能，如电动汽车充电器、太阳能逆变器、电动汽车和电机驱动。

碳化硅（SiC）功率模块与当今硅（Si）器件相比的优势

与基于IGBT的功率模块相比，SiC具有以下几个优点：

  1. 更快的开关意味着更低的开关损耗，对无源元件的需求更少，从而减小了系统尺寸
  2. 适用于高开关频率
  3. 高阻断电压
  4. 更高的结温
  5. 高电流密度意味着更高的紧凑性和更高的功率密度
SiC碳化硅MOS替代传统MOSFET及IGBT的优点

碳化硅MOS优点：高频高效，高耐压，高可靠性。可以实现节能降耗，小体积，低重量，高功率密度。

相对应于传统MOSFET以及IGBT有以下优点：

01╱ 高工作频率 ╱

传统MOSFET工作频率在60KHZ左右，而碳化硅MOSFET在1MHZ

用途：高频工作，可以减小电源系统中电容以及电感或变压器的体积，降低电源成本，让电源实现小型化，美观化。从而实现电源的升级换代。

02╱ 低导通阻抗 ╱

碳化硅MOSFET单管最小内阻可以达到15毫欧，这对于传统的MOSFET看来是不可想象的。

用途：轻松达到能效要求，减少散热片使用，降低电源体积和重量，电源温度更低，可靠性更高。

03╱ 耐压高 ╱

碳化硅MOSFET目前量产的耐压可达3300V，一般MOSFET耐压900V,IGBT常见耐压1200V。

04╱ 耐高温 ╱

碳化硅MOSFET芯片结温可达300度，可靠性，稳定性大大高于传统MOSFET

综上所述：使用碳化硅MOSFET可以让电源实现高效率，小体积，在一些高温，高压环境，必用不可。

关于使用碳化硅MOSFET的问题：

01╱ 价格 ╱

目前价格稍高，在PD领域可以实现和氮化镓HEMT价格持平，但是随着客户用量的增加以及技术工艺的提高，价格已经越来越低。其中2020年一年内的价格降低40%，相信2021以后会有更优惠的价格给到大家。

02╱ 应用方面 ╱

芯片脚位和传统MOSFET完全一样，驱动电压略有不同，开启电压最好18-20V,关断电压：-3V，小功率不需要负压关断。

一、 碳化硅mos对比硅mos的11大优势

01、SiC器件的结构和特征

Si材料中，越是高耐压器件其单位面积的导通电阻就越大（通常以耐压值的大概2-2.5次方的比例增加），因此600V以上的电压中主要采用IGBT（绝缘栅极双极型晶体管）。IGBT通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比MOSFET还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在关断时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。

SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，不需要进行电导率调制就能够以高频器件结构的MOSFET实现高耐压和低阻抗。而且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC MOSFET替代IGBT时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外，SiC MOSFET能够在IGBT不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现被动器件的小型化。与600V～1200V的Si MOSFET相比，SiC MOSFET的优势在于芯片面积小（可以实现小型封装），而且体二极管的恢复损耗非常小。

2、SiC Mosfet的导通电阻

SiC 的绝缘击穿场强是Si 的10倍，所以能够以低阻抗、薄厚度的漂移层实现高耐压。因此，在相同的耐压值的情况下，SiC 可以得到标准化导通电阻（单位面积导通电阻）更低的器件。例如900V时，SiC‐MOSFET 的芯片尺寸只需要Si‐MOSFET 的35分之1、SJ‐MOSFET 的10分之1，就可以实现相同的导通电阻。不仅能够以小封装实现低导通电阻，而且能够使门极电荷量Qg、结电容也变小。目前SiC 器件能够以很低的导通电阻轻松实现1700V以上的耐压。因此，没有必要再采用IGBT这种双极型器件结构（导通电阻变低，则开关速度变慢) ，就可以实现低导通电阻、高耐压、快速开关等各优点兼备的器件。

33Vd-Id特性

SiC‐MOSFET 与IGBT 不同，不存在开启电压，所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。而Si MOSFET 在150℃时导通电阻上升为室温条件下的2 倍以上，与Si MOSFET 不同，SiC MOSFET的上升率比较低，因此易于热设计，且高温下的导通电阻也很低。

4、驱动门极电压和导通电阻

SiC‐MOSFET 的漂移层阻抗比Si MOSFET 低，但是另一方面，按照现在的技术水平，SiC MOSFET的MOS 沟道部分的迁移率比较低，所以沟道部的阻抗比Si 器件要高。因此，越高的门极电压，可以得到越低的导通电阻（Vgs=20V 以上则逐渐饱和）。如果使用一般IGBT 和Si MOSFET 使用的驱动电压Vgs=10～15V 的话，不能发挥出SiC 本来的低导通电阻的性能，所以为了得到充分的低导通电阻，推荐使用Vgs=18V左右进行驱动。Vgs=13V 以下的话，有可能发生热失控，请注意不要使用

5、Vg-Id特性

SiC MOSFET 的阈值电压在数mA 的情况下定义的话，与Si‐MOSFET 相当，室温下大约3V（常闭）。但是，如果流通几个安培电流的话，需要的门极电压在室温下约为8V 以上，所以可以认为针对误触发的耐性与IGBT 相当。温度越高，阈值电压越低。

6、Turn-On特性

SiC‐MOSFET 的Turn‐on 速度与Si IGBT 和Si MOSFET 相当，大约几十ns。但是在感性负载开关的情况下，由通往上臂二极管的回流产生的恢复电流也流过下臂，由于各二极管性能的偏差，从而产生很大的损耗。Si FRD 和Si MOSFET 中的体二极管的通常恢复电流非常大，会产生很大的损耗，而且在高温下该损耗有进一步增大的趋势。与此相反，SiC二极管不受温度影响，可以快速恢复，SiC MOSFET 的体二极管虽然Vf 较高但是与碳化硅二极管相同，具有相当的快速恢复性能。通过这些快速恢复性能，可以减少Turn‐on 损耗（Eon）好几成。开关速度极大程度上决定于外部的门极电阻Rg。为了实现快速动作，推荐使用几Ω左右的低阻值门极电阻。另外还需要考虑到浪涌电压，选择合适的门极电阻。

7、Turn-Off特性

SiC MOSFET 的最大特点是原理上不会产生如IGBT中经常见到的尾电流。SiC 即使在1200V 以上的耐压值时也可以采用快速的MOSFET 结构，所以，与IGBT 相比，Turn‐off 损耗（Eoff）可以减少约90%，有利于电路的节能和散热设备的简化、小型化。而且，IGBT 的尾电流会随着温度的升高而增大，而SiC‐MOSFET 几乎不受温度的影响。另外，由于较大的开关损耗引起的发热会致使结点温度（Tj）超过额定值，所以IGBT 通常不能在20KHz 以上的高频区域内使用，但SiC MOSFET 由于Eoff 很小，所以可以进行50KHz 以上的高频开关动作。通过高频化，可以使滤波器等被动器件小型化。

8、内部门极电阻

芯片内部门极电阻与门极电极材料的薄层阻抗和芯片尺寸相关。如果是相同的设计，芯片内部门极电阻与芯片尺寸呈反比例，芯片尺寸越小，门极电阻越大。SiC MOSFET 的芯片尺寸比Si 器件小，虽然结电容更小，但是同时门极电阻也就更大。

9、门极驱动电路

SiC MOSFET 是一种易于驱动、驱动功率较少的常闭型、电压驱动型的开关器件。基本的驱动方法和IGBT 以及Si MOSFET一样。推荐的驱动门极电压，ON 侧时为+18V 左右，OFF 侧时为0V。在要求高抗干扰性和快速开关的情况下，也可以施加‐3～‐5V 左右的负电压。当驱动大电流器件和功率模块时，推荐采用缓冲电路。

10、二极管的 Vf 和逆向导通

与Si MOSFET 一样，SiC MOSFET体内也存在因PN结而形成的体二极管（寄生二极管）。但是由于SiC的带隙是Si的3倍，所以SiC MOSFET的PN二极管的开启电压大概是3V左右，比较大，而且正向压降（Vf）也比较高。以往，当Si MOSFET外置回流用的快速二极管时，由于体二极管和外置二极管的Vf大小相等，为了防止朝向恢复慢的体二极管侧回流，必须在MOSFET上串联低电压阻断二极管，这样的话，既增加了器件数量，也使导通损耗进一步恶化。然而，SiC MOSFET的体二极管的Vf 比回流用的快速二极管的Vf还要高出很多，所以当逆向并联外置二极管时，不需要串联低压阻断二极管。

体二极管的Vf比较高，这一问题可以通过如同整流一样向门极输入导通信号使其逆向导通来降低。逆变驱动时，回流侧的臂上多数是在死区时间结束之后输入门极导通信号（请确认使用中的CPU的动作），体二极管的通电只在死区时间期间发生，之后基本上是经由沟道逆向流过。因此，即使在只由MOSFET（无逆向并联的SBD）构成的桥式电路中，体二极管的Vf较高也没有问题。

11、二极管的恢复特性

SiC MOSFET的体二极管虽然是PN 二极管，但是少数载流子寿命较短，所以基本上没有出现少数载流子的积聚效果，与SBD 一样具有超快速恢复性能（几十ns）。因此Si MOSFET的体二极管与IGBT外置的FRD相比，其恢复损耗可以减少到IGBT外置的FRD的几分之一到几十分之一。体二极管的恢复时间与SBD相同，是恒定的，不受正向输入电流If的影响（dI/dt 恒定的情况下）。在逆变器应用中，即使只由MOSFET 构成桥式电路，也能够实现非常小的恢复损耗，同时还预期可以减少因恢复电流而产生的噪音，达到降噪。

从以上这些方面就能看出SiC MOSFET相对于Si IGBT和MOSFET的优势所在。

二、碳化硅mos的技术难点

综合各种报道，难题不在芯片的原理设计，特别是芯片结构设计解决好并不难。难在实现芯片结构的制作工艺。当然对于用户最直接的原因是，SiC MOSFET 的价格相对较高。

SiC 碳化硅MOSFET用于电机驱动的优势分析

在品慧电子的传统印象中，电机驱动系统往往采用IGBT作为开关器件，而SiC MOSFET作为高速器件往往与光伏和电动汽车充电等需要高频变换的应用相关联。但在特定的电机应用中，SiC碳化硅仍然具有不可比拟的优势，这些优势分别是：

1. 低电感电机

低电感电机有许多不同应用，包括大气隙电机、无槽电机和低泄露感应电机。它们也可被用在使用PCB定子而非绕组定子的新电机类型中。这些电机需要高开关频率（50-100kHz）来维持所需的纹波电流。然而，对于50kHz以上的调制频率使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）无法满足这些需求，如果是380V系统，硅MOSFET耐压又不够，这就为宽禁带器件开创了新的机会。

2. 高速电机

由于拥有高基波频率，这些电机也需要高开关频率。它们适用于高功率密度电动汽车、高极数电机、拥有高扭矩密度的高速电机以及兆瓦级高速电机等应用。同样，IGBT能够达到的最高开关频率受到限制，而通过使用宽禁带开关器件可能能够突破这些限制。例如燃料电池中的空压机。空压机最高转速超过15万rpm，空压机电机控制器的输出频率超过2500Hz，功率器件需要很高的开关频率（超过50kHz），因此SiC-MOSFET是这类应用的首选器件。

3. 恶劣工况

在电机控制逆变器中使用宽禁带器件有两个引人关注的益处。第一，它们产生的热量比硅器件少，降低了散热需求。第二，它们能承受更高工作温度——SiC：600°C，GaN：300°C，而硅芯片能承受的最高工作温度仅为200°C。虽然SiC产品目前存在一些与封装有关的问题，导致它们所适用的工作温度不能超过200°C，但专注于解决这些问题的研究正在进行中。因此，宽禁带器件更适合可能面临恶劣工况的电机应用，比如混合动力电动汽车（HEV）中的集成电机驱动器、海底和井下应用、空间应用等

传统的电机驱动中，往往使用IGBT作为开关器件。那么，SiC MOSFET相对于Si IGBT有哪些优势，使得它更适合电机驱动应用？

首先，从开关特性角度看，功率器件开关损耗分为开通损耗和关断损耗。

关断损耗

IGBT是双极性器件，导通时电子和空穴共同参与导电，但关断时由于空穴，只能通过复合逐渐消失，从而产生拖尾电流，拖尾电流是造成IGBT关断损耗的大的主要原因。SiC MOSFET是单极性器件，只有电子参与导电，关断时没有拖尾电流使得SiC MOSFET关断损耗大大低于IGBT。

开通损耗

IGBT开通瞬间电流往往会有过冲，这是反并联二极管换流时产生的反向恢复电流。反向恢复电流叠加在IGBT开通电流上，增加了器件的开通损耗。IGBT的反并联二极管往往是Si PiN二极管，反向恢复电流比较明显。而SiC MOSFET的结构里天然集成了一个体二极管，无需额外并联二极管。SiC体二极管参与换流，它的反向恢复电流要远低于IGBT反并联的硅PiN二极管，因此，即使在同样的dv/dt条件下，SiC MOSFET的开通损耗也低于IGBT。另外，SiC MOSFET可以使得伺服驱动器与电机集成在一起，从而摒除线缆上dv/dt的限制，高dV/dt条件下，SiC的开关损耗会进一步降低，远低于IGBT。即使是开关过程较慢时，碳化硅的开关损耗也优于IGBT。

此外，SiC MOSFET的开关损耗基本不受温度影响，而IGBT的开关损耗随温度上升而明显增加。因此高温下SiC MOSFET的损耗更具优势。

再考虑dv/dt的限制，相同dv/dt条件下，高温下SiC MOSFET总开关损耗会有50%~60%的降低，如果不限制dv/dt，SiC开关总损耗最高降低90%。

从导通特性角度看：

SiC MOSFET导通时没有拐点，很小的VDS电压就能让SiC MOSFET导通，因此在小电流条件下，SiC MOSFET的导通电压远小于IGBT。大电流时IGBT导通损耗更低，这是由于随着器件压降上升，双极性器件IGBT开始导通，由于电导调制效应，电子注入激发更多的空穴，电流迅速上升，输出特性的斜率更陡。对应电机工况，在轻载条件下，SiC MOSFET具有更低的导通损耗。重载或加速条件下，SiC MOSFET导通损耗的优势会有所降低。

CoolSiC™ MOSFET在各种工况下导通损耗降低，

下面通过一个实例研究，实际验证SiC MOSFET在电机驱动中的优势。

假定以下工况，对比三款器件：

IGBT IKW40N120H3，

SiC MOSFET IMW120R060M1H和IMW120R030M1H。

测试条件

Vdc=600V, VN,out=400V, IN,out=5A–25A,

fN,sin-out=50Hz, fsw=4-16kHz, Tamb=25°C,

cos(φ)N=0.9, Rth,HA=0.63K/W, dv/dt=5V/ns

M=1,Vdc=600V, fsin=50Hz, RG@dv/dt=5V/ns, fsw=8kHz，线缆长度5m, Tamb=25°C

可以看出，基于以上工况，同样的温度条件下，30mohm的器件输出电流比40A IGBT提高了10A，哪怕换成小一档的60mohm SiC MOSFET，输出电流也能提升约5A。而相同电流条件下，SiC MOSFT的温度明显降低。

综上所述，SiC开关器件能为电机驱动系统带来的益处总结如下：

  • 更低损耗‒降低耗电量，让人们的生活更加环保、可持续。
  • 性能卓越‒实现更高功率密度，通过以更小的器件达到相同性能，来实现更经济的电机设计。
  • 结构紧凑‒实现更紧凑、更省空间的电机设计，减少材料消耗，降低散热需求。
  • 更高质量‒SiC逆变器拥有更长使用寿命，且不易出故障，使得制造商能够提供更长的保修期。

    • 最后，英飞凌CoolSiC™能保证单管3us,Easy模块2us的短路能力，进一步保证系统的安全性与可靠性。

    功率电子器件从硅（Si）到碳化硅（SiC）的过渡

    众所周知，硅（Si）材料及其基础上的技术方向曾经改变了世界。硅材料从沙子中提炼，构筑了远比沙土城堡更精密复杂的产品。如今，碳化硅（SiC）材料作为一种衍生技术进入了市场——相比硅材料，它可以实现更高功率等级的功率转换、更快的开关速度、传热效率上也优于硅材料。本篇博客探讨了SiC材料如何提升产品性能以超越基于硅材料的领域，从而为我们全新的数字世界创造下一代解决方案。

    硅基MOSFET、碳化硅（SiC）MOSFET、氮化镓（GaN）HEMT或碳化硅（SiC）FET等功率电子器件是用于众多市场领域的主要技术构件。长期以来，硅一直是功率电子应用中的首选半导体材料。直到最近，由于SiC技术性能和可靠性的显著提升，人们开始从硅转向SiC器件。

    SiC的性能优势已在电动车、白色家电、基础设施、太阳能/可再生能源、数据中心等多个电力电子市场产生深远的影响。得益于更大的带隙能量（即3.3eV，而硅为1.1eV——参见图2）和更高的击穿电压，SiC可用于创建更新颖、更高性能的解决方案。

    如今，制造商采用SiC技术来开发基于各种半导体器件的功率电子模块，如双极结型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。在接下来的章节中，我们将探讨为何SiC正在成为面向未来的突破性电力电子技术。

    1. 采用SiC vs. Si：优势对比

    首先，SiC MOSFET或SiC FET与硅器件相比具有若干优势。SiC更高的击穿电压意味着可以使用更轻薄的器件来支持更高的电压。另外，SiC相较于硅的其它优势还包括：

  • 作为一种宽带隙材料，在高温条件下漏电流较低；
  • 更高的热导率，有助于支持高电流密度应用；
  • 更低的能量损耗，有助于最大限度减少功率损耗；
  • 更高的开关频率，减小了大型外围被动元器件的尺寸和重量；
  • 较小的裸片尺寸和较低寄生电容带来更低的开关损耗，使得功率转换器能够在更高的开关频率及速度下运行；
  • 能够在更高的环境温度下正常工作，有助于减小散热器的尺寸。

    • 由此，我们现在可以看到SiC器件相对于硅基器件的诸多优势；这也成为许多应用从硅转向SiC的原因。

    2. 了解SiC的电热优势

    在电力电子领域，如何在高功率应用中有效减少或最小化功耗损失一直是非常重要的。与此类似，满足极端条件下的热设计要求也是非常重要的。SiC不但能够满足以上这些要求，其漏极-源极电阻（RDS(ON)）比硅器件低300到400倍。这一品质因数（FOM）是生产厂家的福音，基于这个特点，这些客户可以设计出高效率的电力电子设备。此外，有效裸片面积相同的情况下，碳化硅器件（SiC）可以转换的功率等级比基于硅（Si）的器件更高——换句话说，碳化硅器件（SiC）可以用更小的芯片尺寸实现相同的功率等级转换。

    此外，SiC具有较高的电热导率和快速开关功能，以及较低的输出电容与RDS(ON)。因为碳化硅（SiC）器件可以转换更高等级的能量并且理论上具备更高的开关频率，可以帮助制造商节省系统成本。原因何在？因为这些品质因数（FOM）意味着那些被动元器件的尺寸可以大大减少，例如：变压器、扼流圈和电感器等磁性部件，而这些器件在开关电源设计中所有开关电源设计中都必不可少的；所有这些FOM意味着碳化硅器件（SiC）将在三相逆变器、数字电源和功率电子变换器（AC/DC和DC/DC）等应用中大有作为。

    效率是各个制造商当下所追求的另一个FOM。鉴于全球都在推进“绿色”能源倡议，在许多应用中，效率也已成为一个关键的推动因素。下文中的图1显示了SiC相对于硅材料可实现更高的效率；这使其成为当今许多下一代设计中的首选技术。

    图1，硅（Si）与碳化硅（SiC）的比较

    SiC等宽带隙半导体技术是下一代高效功率电子器件的理想选择（见图2）。SiC从650V电压开始便表现出出色的电压阻断能力，且在更高电压下所带来的优势更为显著。下一代解决方案的一个关键举措是“绿色（即高能效）”系统的构建。SiC则可提供这种能力——其宽带隙特性可实现更高的功率效率、更小的尺寸、更轻的重量，和更低的总体成本——即相当于“更环保”的解决方案。

    图2，硅（Si）和碳化硅（SiC）参数对比表格

    3. 写在最后：一些结论

    现在，我们对Si与SiC之间的比较有了更好的理解。在我们所处的全新数字世界，两者在诸多应用中均占有一席之地；然而，在很多解决方案中，SiC能够实现更优秀的性能指标。SiC技术能够被应用在广泛的电力电子解决方案中。由于具备较广的工作栅极驱动范围，在高频DC/DC和AC/DC等应用中采用SiC会带来许多优势。此外，在电动车逆变器中使用SiC，更可获得更低的导通损耗和强大的短路处理能力。

    SiC技术的不断进步将促使其在更多应用中得到推广，并开拓其它领域。同时，封装设计的进步、市场接受度的提高，以及市场空间的快速增长，都会进一步助力SiC技术应用于更多解决方案，更多的SiC碳化硅MOS，可联系瑶芯微代理。