碳化硅的下一波浪潮

功率半导体是实现节能世界的关键。碳化硅和氮化镓等新技术可实现更高的功率效率、更小的外形尺寸和更轻的重量。尤其是碳化硅是一种宽带隙材料，能够克服传统硅基功率器件的限制。

虽然三电平和其他硅电路拓扑正在出现以提高效率，但新的 SiC设计正在出现以满足电动汽车日益增长的高功率要求。在 PCIM 期间，多位发言人讨论了与 SiC 相关的主题和挑战。例如，碳化硅仍然比硅贵得多。因此，重要的是要确定经济性与节能或其他一些技术优势保持同步的应用程序，以证明费用是合理的。

碳化硅设计

“充分利用碳化硅需要最大限度地减少损失并降低成本，”UnitedSiC 器件技术总监 Peter Lose 说。“我们设计了一个具有极低导通电阻沟槽垂直 JFET 的共源共栅 FET，在共源共栅中内置碳化硅，并带有专为共源共栅使用而设计的低压硅 MOSFET。这使我们能够避免放置在 SiC MOSFET 上的沟道电阻的主要问题。”

碳化硅将进一步强化电网，降低损耗。Hitachi ABB Power Grids 产品营销副总裁 Tobias Keller 强调了他在 SiC 领域的经验：“碳化硅已经开始在 750 V 和 1.2 kV 的电压水平上用于固定方面。根据传导和开关损耗，碳化硅将在 1.7 和 3.3 kV 的电压水平上找到其在行业中的吸引力。”

Wolfspeed 电源产品营销高级总监 Guy Moxey 表示：“与硅相比，SiC 技术可以带来更低的传导损耗和更低的开关损耗，从而提高系统效率和功率密度。Wolfspeed 为低功率和高功率空间提供了大量产品组合，这对于让更多应用受益于 SiC 至关重要。”

三菱电机刚刚完成了其第二代 SiC 功率模块的发布。三菱应用工程经理 Eugen Stumpf 表示：“这些电源模块将被广泛应用于空调、医疗、电动汽车和混合动力火车等领域。

“两代都使用平面结构；在第二代中，RDS （on）和栅极漏极电容降低了，”他补充道。“这些改进是通过几个特性完成的，特别是引入了 JFET 掺杂技术。”

英飞凌科技 SiC 副总裁 Peter Friedrichs 重点介绍了三种不同的器件技术：CoolSiC、CoolGaN 和 CoolMOS。“关键性能指标通常是效率、规模和可靠性，”他说。“为了根据拓扑结构和应用的边界条件选择正确的技术，我们定义了品质因数。其他重要参数是反向恢复电荷、存储在输出电容中的能量、计量电荷和输出电容。对于所有这些，我们可以计算出优值。”

Microchip 的首席客户参与经理 Marc Rommerswinkel 对 SiC 与基于硅的解决方案相比的优势毫不怀疑，例如由于较低的开关损耗而提高了效率，以及由于较高的开关量而减小了系统尺寸、成本和重量频率和较小的冷却系统。

Rommerswinkel 说：“碳化硅的开关速度非常快，任何寄生电感都会因为振铃而引起问题，从而导致过冲和下冲，这会导致 EMC 问题，但也会损坏您的系统。” “如果你使用碳化硅，你需要考虑一些事情：可靠性和诸如亚阈值行为、雪崩能力或体二极管稳定性等数据只是需要考虑的一些参数。”

WeEn Semiconductors 技术营销经理 Jan Huijink 指出了工业或服务器电源的主要部件。“主要组件是 PFC 和 LLC 全桥；使用 SiC 组件的好处是可以实现更快的开关速度，”他说。“因此，无源元件可以更小，从而使整个应用程序更小、更轻、成本更低。在不间断电源中，我们可以找到的 SiC 组件是二极管和 MOSFET。它们主要在整流和 PFC 等输入电路和逆变器中找到自己的方式。我们最新的 SiC 技术被称为合并 PN 肖特基，具有提高浪涌电流处理能力的巨大优势。”

SiC 器件具有更高频率的基准开关性能，并且几乎没有反向恢复。此外，这种卓越而稳定的开关性能与温度无关。它能够承受更高的工作电压、电流和开关频率，加上高效率和出色的热管理，使该半导体成为包括汽车在内的多种电源应用中硅的理想替代品。用于 EV 牵引逆变器的 SiC 被证实可支持更长的行驶里程和更高效的驾驶循环性能。　　

      审核编辑：彭静