碳化硅SIC MOSFET替代傳統(tǒng)MOSFET及IGBT的優(yōu)點(diǎn)

碳化硅MOS優(yōu)點(diǎn)：高頻高效，高耐壓，高可靠性?？梢詫?shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，小體積，低重量，高功率密度。

相對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)MOSFET以及IGBT有以下優(yōu)點(diǎn)：

01╱ 高工作頻率 ╱

傳統(tǒng)MOSFET工作頻率在60KHZ左右，而碳化硅MOSFET在1MHZ

用途：高頻工作，可以減小電源系統(tǒng)中電容以及電感或變壓器的體積，降低電源成本，讓電源實(shí)現(xiàn)小型化，美觀化。從而實(shí)現(xiàn)電源的升級(jí)換代。

02╱ 低導(dǎo)通阻抗 ╱

碳化硅MOSFET單管最小內(nèi)阻可以達(dá)到15毫歐，這對(duì)于傳統(tǒng)的MOSFET看來(lái)是不可想象的。

用途：輕松達(dá)到能效要求，減少散熱片使用，降低電源體積和重量，電源溫度更低，可靠性更高。

03╱ 耐壓高 ╱

碳化硅MOSFET目前量產(chǎn)的耐壓可達(dá)3300V，一般MOSFET耐壓900V,IGBT常見耐壓1200V。

04╱ 耐高溫 ╱

碳化硅MOSFET芯片結(jié)溫可達(dá)300度，可靠性，穩(wěn)定性大大高于傳統(tǒng)MOSFET

綜上所述：使用碳化硅MOSFET可以讓電源實(shí)現(xiàn)高效率，小體積，在一些高溫，高壓環(huán)境，必用不可。

關(guān)于使用碳化硅MOSFET的問(wèn)題：

01╱ 價(jià)格 ╱

目前價(jià)格稍高，在PD領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)和氮化鎵HEMT價(jià)格持平，但是隨著客戶用量的增加以及技術(shù)工藝的提高，價(jià)格已經(jīng)越來(lái)越低。其中2020年一年內(nèi)的價(jià)格降低40%，相信2021以后會(huì)有更優(yōu)惠的價(jià)格給到大家。

02╱ 應(yīng)用方面 ╱

芯片腳位和傳統(tǒng)MOSFET完全一樣，驅(qū)動(dòng)電壓略有不同，開啟電壓最好18-20V,關(guān)斷電壓：-3V，小功率不需要負(fù)壓關(guān)斷。

一、 碳化硅mos對(duì)比硅mos的11大優(yōu)勢(shì)

01SiC器件的結(jié)構(gòu)和特征

Si材料中，越是高耐壓器件其單位面積的導(dǎo)通電阻就越大（通常以耐壓值的大概2-2.5次方的比例增加），因此600V以上的電壓中主要采用IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）。IGBT通過(guò)電導(dǎo)率調(diào)制，向漂移層內(nèi)注入作為少數(shù)載流子的空穴，因此導(dǎo)通電阻比MOSFET還要小，但是同時(shí)由于少數(shù)載流子的積聚，在關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關(guān)損耗。

SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制就能夠以高頻器件結(jié)構(gòu)的MOSFET實(shí)現(xiàn)高耐壓和低阻抗。而且MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流，所以用SiC MOSFET替代IGBT時(shí)，能夠明顯地減少開關(guān)損耗，并且實(shí)現(xiàn)散熱部件的小型化。另外，SiC MOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅(qū)動(dòng)，從而也可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)器件的小型化。與600V～1200V的Si MOSFET相比，SiC MOSFET的優(yōu)勢(shì)在于芯片面積小（可以實(shí)現(xiàn)小型封裝），而且體二極管的恢復(fù)損耗非常小。

2SiC Mosfet的導(dǎo)通電阻

SiC 的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)是Si 的10倍，所以能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實(shí)現(xiàn)高耐壓。因此，在相同的耐壓值的情況下，SiC 可以得到標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)通電阻（單位面積導(dǎo)通電阻）更低的器件。例如900V時(shí)，SiC‐MOSFET 的芯片尺寸只需要Si‐MOSFET 的35分之1、SJ‐MOSFET 的10分之1，就可以實(shí)現(xiàn)相同的導(dǎo)通電阻。不僅能夠以小封裝實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，而且能夠使門極電荷量Qg、結(jié)電容也變小。目前SiC 器件能夠以很低的導(dǎo)通電阻輕松實(shí)現(xiàn)1700V以上的耐壓。因此，沒(méi)有必要再采用IGBT這種雙極型器件結(jié)構(gòu)（導(dǎo)通電阻變低，則開關(guān)速度變慢) ，就可以實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高耐壓、快速開關(guān)等各優(yōu)點(diǎn)兼?zhèn)涞钠骷?/p>

33Vd-Id特性

SiC‐MOSFET 與IGBT 不同，不存在開啟電壓，所以從小電流到大電流的寬電流范圍內(nèi)都能夠?qū)崿F(xiàn)低導(dǎo)通損耗。而Si MOSFET 在150℃時(shí)導(dǎo)通電阻上升為室溫條件下的2 倍以上，與Si MOSFET 不同，SiC MOSFET的上升率比較低，因此易于熱設(shè)計(jì)，且高溫下的導(dǎo)通電阻也很低。

4驅(qū)動(dòng)門極電壓和導(dǎo)通電阻

SiC‐MOSFET 的漂移層阻抗比Si MOSFET 低，但是另一方面，按照現(xiàn)在的技術(shù)水平，SiC MOSFET的MOS 溝道部分的遷移率比較低，所以溝道部的阻抗比Si 器件要高。因此，越高的門極電壓，可以得到越低的導(dǎo)通電阻（Vgs=20V 以上則逐漸飽和）。如果使用一般IGBT 和Si MOSFET 使用的驅(qū)動(dòng)電壓Vgs=10～15V 的話，不能發(fā)揮出SiC 本來(lái)的低導(dǎo)通電阻的性能，所以為了得到充分的低導(dǎo)通電阻，推薦使用Vgs=18V左右進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。Vgs=13V 以下的話，有可能發(fā)生熱失控，請(qǐng)注意不要使用

5Vg-Id特性

SiC MOSFET 的閾值電壓在數(shù)mA 的情況下定義的話，與Si‐MOSFET 相當(dāng)，室溫下大約3V（常閉）。但是，如果流通幾個(gè)安培電流的話，需要的門極電壓在室溫下約為8V 以上，所以可以認(rèn)為針對(duì)誤觸發(fā)的耐性與IGBT 相當(dāng)。溫度越高，閾值電壓越低。

6Turn-On特性

SiC‐MOSFET 的Turn‐on 速度與Si IGBT 和Si MOSFET 相當(dāng)，大約幾十ns。但是在感性負(fù)載開關(guān)的情況下，由通往上臂二極管的回流產(chǎn)生的恢復(fù)電流也流過(guò)下臂，由于各二極管性能的偏差，從而產(chǎn)生很大的損耗。Si FRD 和Si MOSFET 中的體二極管的通?；謴?fù)電流非常大，會(huì)產(chǎn)生很大的損耗，而且在高溫下該損耗有進(jìn)一步增大的趨勢(shì)。與此相反，SiC二極管不受溫度影響，可以快速恢復(fù)，SiC MOSFET 的體二極管雖然Vf 較高但是與碳化硅二極管相同，具有相當(dāng)?shù)目焖倩謴?fù)性能。通過(guò)這些快速恢復(fù)性能，可以減少Turn‐on 損耗（Eon）好幾成。開關(guān)速度極大程度上決定于外部的門極電阻Rg。為了實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)作，推薦使用幾Ω左右的低阻值門極電阻。另外還需要考慮到浪涌電壓，選擇合適的門極電阻。

7Turn-Off特性

SiC MOSFET 的最大特點(diǎn)是原理上不會(huì)產(chǎn)生如IGBT中經(jīng)常見到的尾電流。SiC 即使在1200V 以上的耐壓值時(shí)也可以采用快速的MOSFET 結(jié)構(gòu)，所以，與IGBT 相比，Turn‐off 損耗（Eoff）可以減少約90%，有利于電路的節(jié)能和散熱設(shè)備的簡(jiǎn)化、小型化。而且，IGBT 的尾電流會(huì)隨著溫度的升高而增大，而SiC‐MOSFET 幾乎不受溫度的影響。另外，由于較大的開關(guān)損耗引起的發(fā)熱會(huì)致使結(jié)點(diǎn)溫度（Tj）超過(guò)額定值，所以IGBT 通常不能在20KHz 以上的高頻區(qū)域內(nèi)使用，但SiC MOSFET 由于Eoff 很小，所以可以進(jìn)行50KHz 以上的高頻開關(guān)動(dòng)作。通過(guò)高頻化，可以使濾波器等被動(dòng)器件小型化。

8內(nèi)部門極電阻

芯片內(nèi)部門極電阻與門極電極材料的薄層阻抗和芯片尺寸相關(guān)。如果是相同的設(shè)計(jì)，芯片內(nèi)部門極電阻與芯片尺寸呈反比例，芯片尺寸越小，門極電阻越大。SiC MOSFET 的芯片尺寸比Si 器件小，雖然結(jié)電容更小，但是同時(shí)門極電阻也就更大。

9門極驅(qū)動(dòng)電路

SiC MOSFET 是一種易于驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)功率較少的常閉型、電壓驅(qū)動(dòng)型的開關(guān)器件。基本的驅(qū)動(dòng)方法和IGBT 以及Si MOSFET一樣。推薦的驅(qū)動(dòng)門極電壓，ON 側(cè)時(shí)為+18V 左右，OFF 側(cè)時(shí)為0V。在要求高抗干擾性和快速開關(guān)的情況下，也可以施加‐3～‐5V 左右的負(fù)電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)大電流器件和功率模塊時(shí)，推薦采用緩沖電路。

10體二極管的 Vf 和逆向?qū)?/strong>