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为何使用 SiC MOSFET

2017-12-18 13:58:36

5471 MOSFET

要充分认识 SiC MOSFET 的功能，一种有用的方法就是将它们与同等的硅器件进行比较。SiC 器件可以阻断的电压是硅器件的 10 倍，具有更高的电流密度，能够以 10 倍的更快速度在导通和关断状态之间转换，并且具有更低的导通电阻。例如，900 伏 SiC MOSFET 可以在 1/35 大小的芯片内提供与 Si MOSFET 相同的导通电阻（图 1）。

图 1：SiC MOSFET（右侧）与硅器件相比，具有更低的导通电阻和更高的电压耐受能力。（图片来源：ROHM Semiconductor）

标准硅 MOSFET 在高至 150°C 的温度条件下工作时，RDS(on) 导通电阻要高出 25°C 时典型值的两倍。采用正确封装时，SiC MOSFET 可获得 200°C 甚至更高的额定温度。SiC MOSFET 的超高工作温度也简化了热管理，从而减小了印刷电路板的外形尺寸，并提高了系统稳定性。

设计挑战

然而，SiC MOSFET 技术可能是一把双刃剑，在带来改进的同时，也带来了设计挑战。在诸多挑战中，工程师必须确保：

以最优方式驱动 SiC MOSFET，最大限度降低传导和开关损耗。
最大限度降低栅极损耗。栅极驱动器需要能够以最小的输出阻抗和高电流能力，提供 +20 伏和 -2 伏到 -5 伏负偏压。
尤其当开关速度较快时，必须特别留意系统的寄生效应。具体而言，这指的是硅模块周围通常存在的电感和电容之外的杂散电感和电容。
需要认识到，SiC MOSFET 的输出开关电流变化率 (di/dt) 远高于 Si MOSFET。这可能增加直流总线的瞬时振荡、电磁干扰以及输出级损耗。高开关速度还可能导致电压过冲。
满足高电压应用的可靠性和故障处理性能要求。