如今，在各種應用中，SiC器件被用于實現高效和緊湊的轉換器。應用范圍涵蓋所有額定功率，從空調到電池充電器，再到工業驅動甚至鐵路推進。本文討論了不同應用的需求，重點介紹了不同電壓和功率等級的三菱電機SiC功率器件，并提供了最新發展的見解。

減少二氧化碳和負責任地使用電能是未來社會可持續發展的主要驅動力。碳化硅（SiC）及其優越的物理性能將節省更多的電能，并使電力電子轉換器更加緊湊，從而減少寶貴材料和資源的消耗。

SiC半導體和經典硅之間的主要區別在于更高的帶隙。這使得SiC材料的臨界場強提高了10倍。因此，對于相同的阻斷電壓能力，SiC芯片可以做得更薄。因此，電阻和功率損耗降低。

此外，由于帶隙較高，即使在更高的阻斷電壓（例如3300 V或6500 V）下，也可以生產SiC MOSFET或SiC肖特基勢壘二極管。由于開關速度高，這些單極器件具有低開關損耗并可實現高開關頻率。在許多應用中，較高的開關頻率可提高其他系統組件（如濾波器、變壓器或電機）的功率密度。因此，電力電子轉換器變得更加緊湊，節省了材料和相關成本。

最新的SiC器件采用三菱電機的第二代SiC芯片。這些芯片在新的6英寸SiC晶圓生產線上制造。如圖1所示，第二代具有增強型平面MOSFET結構。特殊的JFET摻雜曲線可以改善特定的電阻Ron，sp，同時減小MOSFET電池的寬度，如圖所示。如圖所示，這種增強型平面MOSFET技術具有出色的電阻，與其他溝槽柵極結構相比具有很強的競爭力。此外，JFET摻雜降低了反向傳輸電容Crss。該電容會影響SiC器件的開關速度。較小的Crss允許更高的開關速度，并提高了對寄生導通的魯棒性，如下所述。

由于其低損耗，工業系列SiC MOSFET非常適合提高住宅太陽能逆變器的效率，并減小笨重且昂貴的無源元件的尺寸。在快速電池充電器中，SiC技術可實現更緊湊、同時高效的系統。

主要特點

N系列SiC MOSFET采用三菱電機的第二代平面SiC技術，采用JFET摻雜。與前幾代SiC技術相比，該技術具有多種優勢。

SiC材料的高擊穿場強使1200 V級功率MOSFET具有低漂移層電阻（Rdrift）。但特定導通電阻的另一個重要部分是由MOSFET結構的p阱之間的寄生JFET引起的。隨著第二代SiC技術中JFET摻雜的引入，比導通電阻得到改善，使MOSFET電池更小。

影響MOSFET開關行為的一個重要因素是輸入電容（Ciss）和反向傳輸電容（Crss）之間的比率。分立式SiC功率MOSFET的快速開關瞬變會導致MOSFET的寄生導通，在最壞的情況下可能導致災難性的臂擊穿故障。通過降低Crss，可實現1450 mΩ?nC的品質因數，其定義為導通電阻和柵極漏極電荷的乘積。如圖5所示，與傳統器件相比，這提高了約14倍的寄生自導通魯棒性，從而實現高開關速度并降低開關損耗。

用于不間斷電源、快速充電器和可再生能源高效饋入的SiC電源模塊

不間斷電源、快速充電器或可再生能源饋入等應用通常需要比之前討論的更高的額定電流。因此，三菱電機開發了SiC功率模塊，該模塊還采用了第二代芯片技術[5]。這些模塊為需要高電流的工業應用提供了SiC技術的優勢，超出了分立器件的能力。提供1200 V和1700 V的電壓等級以及高達1200 A的廣泛額定電流陣容。第二代電源模塊與第一代電源模塊兼容，使我們的客戶能夠基于其現有設計更輕松地進行開發。

從IGBT轉換為SiC MOSFET時，短路保護的設計是一個挑戰，因為去飽和檢測等方法不能以相同的方式應用。為了克服這些限制，RTC功能使用集成在MOSFET中的電流傳感器檢測短路。當檢測到短路時，柵極電壓會自動降低以限制電流并增加短路耐受時間。這為驅動器電路提供了足夠的時間對來自RTC功能的短路信號做出反應。

用于鐵路和電網應用的高壓碳化硅模塊

除牽引逆變器外，輔助轉換器、鐵路電池充電器和DC-DC轉換器尤其受益于SiC功率模塊帶來的開關頻率提升。開關頻率的增加通常允許減小無源元件（如變壓器、電感器或電容器）的尺寸。此外，較高的開關頻率可能允許使用不同的軟磁芯材料。它提供了提高效率和降低成本的潛力。

無錫國晶微半導體技術有限公司是寬禁帶第三代半導體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規集成電路研發及產業化的高科技創新型企業，從事碳化硅場效應管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機集成電路等產品芯片設計、生產與銷售并提供相關產品整體方案設計配套服務，總部位于江蘇省無錫市高新技術開發區內，并在杭州、深圳和香港設有研發中心和銷售服務支持中心及辦事處。

公司具有國內領先的研發實力，專注于為客戶提供高效能、低功耗、低阻值、品質穩定的碳化硅高低功率器件及光電集成電路產品，同時提供一站式的應用解決方案和現場技術支持服務，使客戶的系統性能優異、靈活可靠，并具有成本競爭力。

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編輯：黃飛

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