碳化硅 Mosfets 的优势

碳化硅 mosfets（MOSFET）是电力电子设计中越来越普遍的元件。与硅器件相比，这些宽带隙功率半导体具有许多优势，包括降低开关损耗和减少散热。.

这些出色的特性使这些驱动器成为电动汽车充电站、可再生能源系统、UPS 装置和电机驱动器等高温应用的理想选择。请继续阅读，了解这些卓越优势的更多信息。.

高击穿电压

碳化硅 MOSFET 的击穿电场比传统硅器件高出一个数量级，使其能够在更高温度下工作，同时达到更高的开关功率水平，并降低传导和开关损耗。更高的击穿电压还能使阻塞层更薄、掺杂程度更高，增加多数载流子，从而降低比导通电阻（Ron,sp）。.

碳化硅 mosfets 具有很高的击穿电压，使其能够在比标准硅器件高得多的温度下工作，而不会增加漏电流或损坏栅极氧化物，有助于降低功率损耗，同时提高在恶劣工作条件下的可靠性。这不仅降低了总体功率损耗，还提高了在恶劣工作条件下的可靠性。.

碳化硅具有出色的耐化学性和耐磨性，因此非常适合高温电源和电压转换器等应用，在这些应用中，恶劣的环境条件可能会对设备造成腐蚀性损害。.

碳化硅卓越的散热性能可实现更高的工作频率，从而提高功率密度和效率，适用于工业电机驱动器、不间断电源、可再生能源系统、电动汽车充电站和 IT 数据中心等应用--这些优势使该技术成为电力电子行业的变革者。.

碳化硅是一种半导体材料，这意味着它的结构包含硅原子和碳原子。这种物质的熔点为 2800 摄氏度，化学惰性使其具有放射性惰性，因此具有出色的抗辐射性能。.

weEn 的 CoolSiC 分立产品非常适合 LLC 和 ZVS 等硬开关和谐振开关拓扑结构，可以像 IGBT 或 CoolMOSTM C7 一样使用标准驱动器进行驱动。其坚固耐用的设计采用了最先进的沟槽设计，提高了栅极氧化物的可靠性，并在 Vth = 4 V 的条件下实现了同类最佳的开关和传导损耗，使这些器件与传统的硅技术相比具有明显的优势，为用户提供了最高的效率和终生可靠性。.

高效率

碳化硅可能并不为人们所熟悉，但它在半导体器件中发挥着至关重要的作用。碳化硅由二氧化硅和碳在高温下制成，用于生产二极管和 MOSFET 等电子元件所需的坯料。.

工业电机驱动器、交流/直流变频器/转换器、不间断电源和太阳能光伏 (PV) 系统都对标准硅晶体管的性能提出了很高的要求。因此，为满足这些要求，出现了能效更高、能耗更低、在电力系统寿命期内总拥有成本更低的新型晶体管架构。.

功率 SiC MOSFET 与传统的金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 具有相同的基本结构，有三个端子：电源、漏极和栅极，通过控制栅极与外部控制电路相连。此外，这些 MOSFET 还具有更高的电压击穿强度，可承受更高的瞬态电压而无需降额，因此适用于使用电容性负载或不间断电源的系统。.

与硅基器件相比，SiC MOSFET 因开关速度更快、寄生电容更小等综合因素，在效率方面具有显著优势。开关频率越高，在所分配的时间内开关的电流就越大，这意味着可以使用更小的电感和电容元件。.

碳化硅的带隙更宽，在一定温度下可流过更多电流，从而通过降低功率损耗和提高效率来提高效率。此外，与硅功率 MOSFET 相比，碳化硅的导通电阻更小，因此可以在不增加功率损耗的情况下加快开关速度。.

自东芝推出第一代 SiC MOSFET 以来，可靠性也有了显著提高。最初器件的一个主要问题是，当开启器件时，其 PN 二极管会通电，导致导通电阻发生变化，从而降低器件的可靠性。东芝的第二代器件通过加入肖特基势垒二极管（SBD）解决了这一问题，SBD 可以防止在开启时激活二极管，从而避免导通电阻发生变化，导致器件可靠性降低。.

更低的导通电阻

与传统的硅晶体管 mosfets 相比，碳化硅 mosfets 具有更低的导通电阻，为电路设计师提供了多项优势。这使得相同电流下的开关频率更高，从而提高了效率，缩小了元件尺寸，降低了总体损耗。此外，这些 SiC mosfets 的工作温度范围更广，进一步降低了系统总损耗，同时提高了功率密度和能量转换效率。.

碳化硅的临界击穿电压比硅高 10 倍以上，因此漂移层更薄，耗尽区更小。此外，由于碳化硅具有更宽的带隙特性，电子在漏极和源极之间的移动更加自由，从而降低了导通电阻阻值。.

与硅相比，碳化硅具有更高的电子迁移率，可使更多电子通过每个栅极活化，从而大大降低导通电阻值，在最高工作温度下，导通电阻值甚至可低于 1 毫欧。.

UnitedSiC 公司（现为 Qorvo 公司）最近推出了业内导通电阻最低的 SiC FET：750V/6m，采用标准分立封装，是其最接近的竞争对手的一半！这一导通电阻水平使通常需要 IGBT 或标准功率 MOSFET 的高压应用得以大幅降额，而不会产生额外成本。.

不过，应该记住的是，任何功率器件的导通电阻都取决于许多变量，包括芯片表面积和非活动区域的百分比，例如边缘的终止区域或用于接触的栅极焊盘 - 如果不考虑这些参数而进行报价，就会使计算出现偏差。.

采用 IGBT 驱动器的 SiC MOSFET 通常需要 15-18 V 的电压才能达到最佳导通电阻；不过，也可以采用更低的电压驱动器来进一步降低导通电阻水平。.

碳化硅的主要性能特征组合使其成为高压电源应用的理想材料，包括 LLC 和 ZVS 转换器中的硬开关拓扑结构；电动汽车逆变器、工业电源和电路保护；可再生能源发电和数据中心电源应用。Wolfspeed 提供广泛的 1000 V 碳化硅功率器件产品组合，这些器件经过优化，能够以最高效率实现快速开关，非常适合需要低导通电阻、超低输出电容和低源电感的应用，从而实现功率损耗/传导损耗比的最佳平衡。.

更高的开关频率

碳化硅 MOSFET 的开关频率通常高于硅 MOSFET，这是因为导通电阻和开关损耗降低，电子迁移率提高（电子能更快地通过沟道），使用的电感/电容元件减少，从而减小了系统尺寸，降低了成本。.

众所周知，SiC 还具有更宽的带隙，因此耗尽区更薄，使电子在栅极和源极之间的移动更简单，从而进一步降低导通电阻，提高电压阻断能力，使 SiC MOSFET 适合高压功率应用。.

碳化硅 MOSFET 具有许多优势，适合工业和电力电子应用。它们可以取代功率转换器和逆变器中的硅晶体管，从而提高效率和功率密度，并可用作电动汽车（EV）或可再生能源系统等应用中的电源元件。.

SiC MOSFET 的导通电阻较低，可以通过创建更大的开关窗口来延长其工作寿命，从而降低热失控风险。不过，设计人员必须记住，SiC MOSFET 的功率耗散会随温度升高而增加；因此要优化死区时间和功率耗散区域，以实现最高性能。.

SiC MOSFET 的开关频率很高，因此对器件封装中的寄生参数特别敏感，例如杂散电感和电容，它们会导致端子过压。为解决这一问题，设计人员可采用无导线技术，最大限度地减少这些电感元件。.

SiC MOSFET 具有更高的开关频率，使电源中的无源元件更小，从而提高了系统可靠性并降低了解决方案成本，这在电动汽车逆变器、风能和太阳能系统等大功率应用中尤为有利。.