SiC MOSFET的特性及使用的好處

電力電子產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢之一便是使用更高的開關(guān)頻率以獲得更緊密的系統(tǒng)設(shè)計，而在高開關(guān)頻率高功率的應(yīng)用中，SiC器件優(yōu)勢明顯，這就使得SiC MOSFET在5G基站、工業(yè)電源、光伏、充電樁、不間斷電源系統(tǒng)以及能源儲存等應(yīng)用場景中的需求不斷提升。

SiC MOSFET的特性

更好的耐高溫與耐高壓特性

基于SiC材料的器件擁有比傳統(tǒng)Si材料制品更好的耐高溫耐高壓特性，其能獲得更高的功率密度和能源效率。由于碳化硅（SiC）的介電擊穿強度大約是硅（Si）的10倍，因此，其允許使用更薄的漂移層來維持更高的阻斷電壓，這使得SiC功率器件可以提供高耐壓和低壓降。更薄以及更高注入的漂移層可以帶來更低的正向壓降以及導(dǎo)通損耗，與相同耐壓條件下的Si相比，SiC器件中的單位面積導(dǎo)通電阻更低。

單極器件，關(guān)斷損耗低

由于SiC MOSFET是單極器件，即便在高壓產(chǎn)品中，也只能通過電子工作，因此不會產(chǎn)生拖尾電流；同時，與Si IGBT相比，SiC MOSFET關(guān)斷損耗也較低，因此，其能夠在高頻范圍內(nèi)運行，這對于Si IGBT來講，是很難實現(xiàn)的。此外，該特性也有助于設(shè)計小型化無源元件。

高熱導(dǎo)率，適合高壓領(lǐng)域

SiC材料擁有3.7W/cm/K的熱導(dǎo)率，而硅材料的熱導(dǎo)率僅有1.5W/cm/K，更高的熱導(dǎo)率可以帶來功率密度的顯著提升?？梢哉fSiC材料的出現(xiàn)使得MOSFET及肖特基二極管的應(yīng)用范圍可以推廣到高壓領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)的硅Si IGBT（低柵極輸入電荷等）相比，東芝的TW070J120B 1200V SiC MOSFET可提供更高的開關(guān)速度、低導(dǎo)通電阻和高柵極電壓閥值（Vth），可預(yù)防故障；較寬的柵極-源極電壓（VGSS），支持更簡單的柵極驅(qū)動設(shè)計。

了解過SiC MOSFET的多種特性，下面我們就以2kVA輸出單相逆變器為例，分析使用SiC MOSFET器件的好處。

使用SiC MOSFET的好處

在分析比對的過程中，工程師通過將產(chǎn)品中的IGBT替換為東芝TW070J120B，可以發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗以及整體損耗方面都顯著降低，這在很大程度上歸功于SiC MOSFET增強的開關(guān)特性。

由于碳化硅（SiC）的寬帶隙特性，所以東芝TW070J120B在高耐壓、低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)特性方面具有極大優(yōu)勢。與IGBT不同，新器件結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生拖尾電流，這意味著可將開關(guān)損耗保持在較低水平。通過替換操作，2kVA輸出單相逆變器在額定運行期間每個器件的損耗可從14.4W降至8.5W，這相當(dāng)于損耗降低了約41%。

除了降低損耗外，SiC MOSFET在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的工作特性，可簡化現(xiàn)有的散熱措施。此外，由于開關(guān)損耗非常低，系統(tǒng)可在更高的頻率下運行。如能提高開關(guān)頻率，就可以降低外圍器件（線圈和電容器）的大小，從而節(jié)省空間和成本，并使產(chǎn)品具有更大的競爭優(yōu)勢。

在升級為SiC MOSFET過程中，東芝不僅成功解決了功率損耗問題，還提供了大量的額外技術(shù)支持。未來，東芝也會持續(xù)地創(chuàng)新技術(shù)，以提高SiC MOSFET性能，擴大基于碳化硅（SiC）的功率器件產(chǎn)品線，為碳中和的目標而助力。

編輯：jq