什么是基于SiC和GaN的功率半导体器件？

　　对市场驱动因素的分析表明，加速WBG设备实现的更有效方法的商业采用需要降低组件的成本。这导致了围绕用于控制高效系统的廉价WBG晶体管策略的大量研究。提高转换器工作频率可以减小储能元件的尺寸，这直接影响转换器的体积、功率密度和成本。
　　然而，所使用的半导体开关远非理想，并且由于开关转换期间电压和电流之间的重叠而存在开关损耗。这些损耗对转换器工作频率造成了实际限制。谐振拓扑可以通过插入额外的电抗元件来适应略微增加的开关频率，但由于无功能量循环而增加传导损耗［2］。因此，开关模式电源一直是向更高效率和高功率密度设计演进的关键驱动力。
　　基于 SiC 和 GaN 的功率半导体器件
　　碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）是功率半导体生产中采用的主要半导体材料。与硅相比，两种材料中较低的本征载流子浓度有助于降低漏电流，从而可以提高半导体工作温度。此外，SiC 的导热性和 GaN 器件中稳定的导通电阻使这些材料成为高温和高功率密度转换器实现的理想选择 ［4］。
　　
　　为了充分利用这些技术，重要的是通过传导和开关损耗模型评估特定所需应用的可用半导体器件。这是设计优化开关模式电源转换器的强大工具。这种类型的评估有助于设计人员研究不同工作条件下的各种半导体器件，以便找到最适合所需优化目标的技术。
　　有不同的方法可以获得被评估器件的特征模型。第一个也可能是最准确的模型是通过混合模式仿真模型获得的，该模型包括与电路仿真程序链接的半导体结构的二维有限元仿真模型。然而，这类仿真需要大量的计算能力，不适合在各种转换器工作条件下评估大量半导体器件。
　　另一种方法是根据测量的半导体输出特性和寄生电容推导出被评估半导体的数学模型。这需要付出很多努力，但这些模型可以非常准确地预测所表征器件的开关行为，甚至降低了混合模式仿真模型的计算能力要求。在各种工作条件下精确测量器件开关能量损耗的最后一种方法是使用传统的钳位感性负载电路。
　　一旦对半导体器件进行了表征，就需要对其进行评估。这同样适用于WBG设备。为了评估用WBG半导体代替硅器件可能获得的优势，需要从系统级的角度进行评估。评估程序通常基于在连续和非连续工作模式下工作的传统转换器的半导体损耗、输入电感和滤波器尺寸的比较［4］。
　　在此过程中使用电磁干扰（EMI）预测模型。为了构建此模型，需要在特性设置上进行EMI测量。然后，通过比较基于表征数据的估计半导体性能以及在输入电感和滤波器尺寸减小方面可获得的优势来进行评估。尽管这是正确的方法，但考虑转换器工作模式和工作频率之间的所有可能变化既乏味又具有挑战性。这是因为它需要针对不同绕组和磁芯结构的精确磁性元件损耗和热模型。