SiC的優勢及典型設備

在為功率轉換選擇高功率開關器件時，過去只有兩個選擇，硅MOSFET或者是IGBT，然而最新的應用如AC-DC轉換器，逆變器，DC-DC轉換器等，都達到了上千V水平，需要考慮SiC等更耐高壓的產品。對于高壓開關，與傳統的硅MOSFET和IGBT相比，SiC MOSFET具有顯著的優勢，支持超過1，000 V的高壓電源軌，且工作在數百KHz頻率，甚至超過了最好的硅MOSFET。

值得注意的是，SiC器件可以滿足新要求，但他們的電路要求不同。具體而言，它們具有特殊的柵極驅動需求，安森美半導體通過其SiC柵極驅動器系列解決了這一問題，將SiC MOSFET的優勢帶入當今要求苛刻的電源產品中，尤其是汽車電氣系統和電動汽車等。

應用目標

SiC晶體管幾乎適用于任何開關模式電源，它們的優越特性使其在汽車電氣系統中更為明顯，比如具有功率因數校正（PFC）的AC-DC電源，DC-DC轉換器，車載充電器（OBC），逆變器，LiDAR以及用于全電動或自動駕駛車輛的電路。

一些非汽車應用包括電機驅動器，光伏（PV）逆變器，PV充電器，不間斷電源（UPS）以及網絡和服務器電源。所有這些應用都可以從SiC設計帶來的更高效率中受益。

SiC優勢

電源設計的工程師已經意識到SiC晶體管確實是新開關模式設計的最佳選擇，雖然它們可能比替代品貴一點，但它們提供了更多優勢。以下是SiC與MOSFET和IGBT相比的優勢：

高耐壓。大多數SiC器件都能夠處理650至1700 V的電壓，在高壓應用中，它們可以替代某些IGBT。

具有可處理超過100 A的版本的高電流能力。

切換速度更快，速度高達1 MHz。

超低導通電阻，最高數百毫歐。

更好的導熱性，這意味著對于給定的功耗，溫度上升最小。

更低的關斷損耗，更低的導通損耗和更低的柵極電荷。

較小的物理尺寸。

符合AEC-Q101的汽車級認證。

典型設備

圖1：安森美半導體的SiC FET采用TO-247封裝。

安森美的SiC MOSFET是安森美半導體的NTHl080N120SC1（圖1）。主要功能包括：

最大漏源電壓為1200 V.

最大連續電流為31至44 A，具體取決于環境溫度。

典型導通電阻《110mΩ。

建議柵極 - 源極電壓為-5至+20 V.

功耗為58至348 W，具體取決于環境溫度。

TO-247包裝。

使用SiC進行設計

使用SiC晶體管進行設計與使用傳統硅MOSFET和IGBT進行設計不同。主要區別與門驅動的要求有關。使用標準增強型MOSFET時，您可以放心，當超過柵極閾值電壓（VTH）時，MOSFET完全導通。 VTH的范圍從幾伏到最大約10V。

對于驅動SiC MOSFET，柵極 - 源極閾值VTH必須在20 V范圍內，以確保在源極和漏極之間建立良好的電流通道。但那還不是全部。要關閉器件，柵極上需要-3到-10 V的負電壓。早期，SiC的驅動設計都采用分立元件搭配，現在已經變成了集成IC。

安森美半導體的NCP51705就是一款通用驅動IC，可搭配安森美或其他品牌的SiC器件，該驅動器提供分離的輸出級，可實現獨立的開啟和關閉調節。源和接收能力為6 A。

NCP51705還提供5V的電源軌，可以為光隔離器等外部電路供電。IC的保護功能包括了偏置的欠壓鎖定監控和基于驅動器結溫的熱關斷功能。

汽車設計實例

電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）需要高壓交流轉直流和輔助電池的OBC。圖2顯示了這種系統的簡化圖。標準橋式整流器將交流電轉換為直流電壓，經過功率因數校正。全橋DC-DC轉換器為諧振反激式轉換器提供輸入，該轉換器將電壓調節至更高水平，并將其整流為為主電池充電的最終直流電。當前的電池電壓在300至900V范圍內，單獨的電路產生低電壓（12 V或48 V），為用于所有其他電氣和電子組件的電池充電，例如車輛照明和信息娛樂。

圖2：這種簡化的板載充電器利用SiC器件來提高效率，可同時處理高電壓和電流。

驅動主車輛電機的EV中的直流 - 交流逆變器也是SiC的應用領域?，F在在許多設計使用IGBT，也可以用SiC器件代替。

3. EV電機驅動器逆變器中使用的IGBT現在可以用SiC MOSFET取代。

PFC和DC-DC轉換器是SiC應用的主要目標，因為它們具有高電壓，高電流和高速開關能力。

總結

除了電壓，電流和開關速度優勢外，SiC器件還可以在高溫下工作，且非常堅固，并提供低導通和開關損耗。高導熱性也使SiC成為高功率應用的理想選擇，同時具有良好的散熱效果。在這方面，安森美半導體的SiC MOSFET可提供高效率，更高的功率密度和更小的系統尺寸。