在设计功率转换器时，碳化硅（SiC）等宽带隙（WBG）技术现在是组件选择过程中的现实选择。
在设计功率转换器时，碳化硅（SiC）等宽带隙（WBG）技术现在是组件选择过程中的现实选择。650V SiC MOSFET的引入使其对以前不会考虑的应用更具吸引力。
它们在高效的硬开关拓扑中具有出色的鲁棒性，使其成为实现功率因数校正 （PFC） 级功率解决方案的理想选择，功率范围可达千瓦级。而且，由于支持更高的开关频率，更小的磁性
元件成为一种选择，为许多设计提供了可喜的体积减小。
没有免费的午餐 虽然好处很多，但仅仅将SiC MOSFET放入去除硅等效物留下的间隙中并不能实现这些好处。工程师需要花时间了解它们的特性，以充分利用这一变化，同时还要了解它们的不同限制和故障模式。CoolSiC™ 器件中体二极管的正向电压是硅 MOSFET 的四倍。因此，LLC转换器在轻负载下的效率可能会下降0.5%。PFC拓扑中的高效率也是通过通道而不是体二极管升压来实现的。
工作温度下的导通电阻与硅相当 一个关键的比较参数是导通电阻 RDS（on）。硅 MOSFET 在纸面上看起来比 SiC 更好，但由于其较低的倍增因子 （κ），84 mΩ CoolSiC 器件在 100°C™ 时可实现与 57 mΩ CoolMOS 器件相同的 RDS™（on）（图 1）。CoolSiC 还提供比硅 MOSFET 更高的击穿电压 V（BR）DSS，这在低温环境中启动的应用中非常有用。
图 1：温度对 Cool- SiC™ 的 RDS（on） 的影响低于 CoolMOS™，因此在典型工作温度下具有相似的导通电阻。
EiceDRIVER™系列仍然是CoolSiC™ MOSFET的理想伴侣。但是，为了达到数据手册中定义的低RDS（on），需要18 V的栅极电压（VGS），而不是硅MOSFET的典型12 V。如果选择新的栅极驱动器，则值得选择具有13 V欠压锁定功能的栅极驱动器，以确保在目标应用异常条件下的安全运行。SiC 的另一个好处是温度对 25 °C 和 150 °C 之间传输特性的影响有限（图 2）。
避免负栅极电压 负栅极电压会导致 SiC MOSFET 长期退化，从而导致潜在故障。因此，设计工程师应确保VGS在低于-2 V的时间内不会超过15 ns。如果发生这种情况，栅极阈值电压（VGS（th））的漂移也可能导致RDS（on）在应用的整个生命周期内增加。最终，这会导致来之不易的系统效率增益下降，而在许多情况下，这是选择SiC的关键原因。
图 2：25°C（左）和 150°C（右）时的传输特性对 SiC 器件的影响明显低于硅 MOSFET。
高阻值电阻器通常与硅MOSFET一起使用，以对抗负VGS，从而减慢di/dt和dv/dt的速度。但是，对于SiC器件，首选方法是在栅极和源极之间插入二极管电压箝位。如果负电压纯粹是电感问题，强烈建议选择带有开尔文源的 CoolSiC™ 器件。这可能导致EON损耗比没有EON的器件低三倍（图3）。
图 3：为避免 SiC MOSFET 的栅极变为负值，应考虑二极管箝位、独立共模和开尔文源极。
效率突破 99% CoolSiC™ MOSFET 的另一个优势是，在漏源电压 VDS 高于 50 V 时，其输出电容 COSS 更高。这样可以降低过冲水平，而无需实现栅极电阻。SiC 技术的 QOSS 行为也有利于硬和谐振开关拓扑，因为需要的放电更少，这会影响 CCM 图腾柱 PFC 中的 Eon 损耗。 使用 48 mΩ 器件，3.3 kW CCM 图腾柱 PFC 的效率可达到 99% 以上（图 4），其中在双升压 PFC 设计中使用 CoolMOS™ 的最佳效率峰值为 98.85%。而且，尽管碳化硅MOSFET的成本较高，但基于碳化硅的设计更具成本竞争力。
图 4：即使是 107 mΩ CoolSiC CCM 图腾柱 PFC 的效率也接近 99%，性能优于最佳的 CoolMOS™ 双升压 PFC™ 方法。
总结
与硅替代品相比，SiC MOSFET 具有一系列优势，再加上其在硬开关应用中的鲁棒性，使其值得在最有效的功率转换应用中加以考虑。650 V CoolSiC 系列的推出使 SiC™ MOSFET 技术在经济上更加可行，适合那些将功率转换推向极限的用户。
