碳化硅的5大优势

碳化硅（SiC），又名碳化硅，是一种硅和碳化合物。其材料特性使SiC器件具有高阻断电压能力和低比导通电阻。这些特性允许超快的开关速度和在高温下工作的能力，使SiC成为电力电子领域传统硅基（Si）器件的可行继任者。该技术可以应用于突出的应用，如汽车电动汽车/混合动力汽车和充电、太阳能和储能系统、数据和通信电源和UPS、工业驱动、暖通空调和焊接。

肖特基二极管（SBD）和MOSFET是通常指定的SiC器件。与硅器件相比，碳化硅器件具有五大关键优势：

电源转换器的开关频率会影响开关损耗、变压器损耗、转换器整体尺寸/重量和转换器级电磁干扰（EMI）等因素。与硅开关相比，SiC MOSFET具有低开关损耗能量和超低栅极电荷，从而实现更高的开关频率，从而实现更紧凑的变压器设计，同时降低功率损耗。

这导通电阻（RDS（开）)是MOSFET的源极和漏极之间的电阻。导通电阻越低，功率损耗越低。低RDS（开）也意味着更低的发热量。1700 V SiC MOSFET的比导通电阻远低于2000 V及以上Si MOSFET。可以使用更小的封装，具有相同的导通电阻额定值，从而提高了1700 V SiC MOSFET的性价比。SiC SBD在结温（TJ）高于150°C。

SiC MOSFET的开关损耗低于Si MOSFET，可以提高转换器效率。散热器可以减小尺寸，甚至可以完全拆除。较低的开关损耗还为提高辅助电源的开关频率提供了选择，以最大限度地减小变压器的尺寸和重量。超低开关损耗和快速开关速度可显著提高能效。

碳化硅器件具有宽禁带;带隙是指价带顶部和导带底部之间的能量差。较长的距离使设备能够在更高的电压、温度和频率下运行。分立式SiC肖特基二极管和SiC MOSFET器件具有宽禁带（4H-SiC具有3.3eV），可实现低导通和开关损耗。在比较具有相同结构和尺寸的SiC和Si半导体芯片时，SiC芯片表现出比Si芯片更低的比导通电阻和更高的击穿电压。

SiC的导热性比普通Si提高了三倍。碳化硅还可以承受比普通硅高10倍的电压，提高导热性可以降低系统复杂性和成本。SiC MOSFET器件兼具高工作电压和快速开关速度，这是传统功率晶体管通常不具备的组合。

如图1所示，SiC器件具有较低的开关损耗和传导损耗，从而减小了组件尺寸并提高了功率密度。它们在高结温下工作，具有低栅极电阻、低栅极电荷、低输出电容和超低导通电阻。

具有多种额定电流（6A、8A、10A、16A或20A）。它们为电力电子系统设计人员提供了多种性能优势，包括可忽略不计的反向恢复电流、高浪涌能力和175°C的最高工作结温;这些规格使其适用于提高效率、可靠性和热管理应用。

与类似额定值的IGBT相比，SiC MOSFET器件结构可实现更低的每周期开关损耗和更高的轻载效率。SiC固有的材料特性使SiC MOSFET在阻断电压、比电阻和结电容方面优于类似额定值的Si MOSFET。

支持最大漏源电压（VDS）的1700V，导通电阻（RDS（开））为750 mΩ，最大工作结温为175ºC。其引脚排列简化了PCB布线，开尔文源极连接减少了栅极驱动电路中的杂散电感，从而提高了效率、EMI行为和开关性能。

审核编辑：刘清