碳化硅（SiC）MOSFET提供了巨大的新特性和功能，但同時也帶來了新的挑戰。ROHM半導體器件使工程師能夠充分利用SiC MOSFET，同時克服了驅動它們的挑戰。

擴展MOSFET功能

晶體管作為數字電子的基礎模塊間歇地存在。基于半導體的晶體管的發明取代了用于電子開關的真空管，使人類在技術上實現了最終的飛躍。

電子器件中最常見的晶體管類型是MOSFET晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管。這些晶體管利用半導體材料的特殊特性，允許較小的電流信號來控制有時更大的電流信號的切換。一種類型的MOSFET，作為功率電子電路中的開關提供，并且經過特別優化，可以承受高電壓并以最小的能量損耗傳遞負載電流。

一種新的化合物半導體材料碳化硅（SiC）與硅相比，在制造這些功率開關MOSFET方面具有許多優勢，它非常堅硬。SiC的擊穿電場強度是其10倍，帶隙是其3倍，并且能夠實現器件構造所需的各種p型和n型控制。SiC的導熱系數是其3倍，意味著硅的冷卻能力是其3倍。

圖1：半導體材料比較（碳化硅，硅和氮化鎵）

碳化硅，也稱為金剛砂，是由硅和碳組成的化合物半導體。它在自然界中是一種稀有的礦物，稱為莫桑石（moissanite），但自19世紀以來已作為磨料大規模生產。SiC直到最近才開始大規模生產能夠高速運行的高溫，高壓半導體器件。

SiC MOSFET越來越受歡迎

因此，由碳化硅構成的MOSFET較單獨的硅具有明顯的步進改進。SiC MOSFET具有更高的擊穿電壓，更好的冷卻和耐溫性，因此可以做得更小。IGBT（絕緣柵雙極晶體管）主要用于開關600V以上的電壓，但是碳化硅材料使MOSFET可以在1700V和更高的電流下使用。SiC MOSFET的開關損耗也比IGBT小得多，并且可以在更高的頻率下工作。

圖2：SiC MOSFET與Si MOSFET和IGBT的優勢

由于這些優點和其他優點，SiC MOSFET越來越多地用于工業設備的電源以及高效功率調節器的逆變器/轉換器。

羅姆的解決方案

但是，SiC MOSFET也提出了新的電路設計挑戰。最重要的是，它們需要高電流柵極驅動器，以快速提供所需的全部柵極電荷（Qg）。SiC MOSFET僅在建議的18V至20V柵極至源極（Vgs）電壓驅動時才呈現低導通電阻，該電壓明顯高于驅動硅MOSFET或IGBT所需的10V至15V Vgs。

對于驅動SiC MOSFET帶來的挑戰，羅姆提供了兩種互補的解決方案。首先是他們最新的SiC MOSFET器件的新封裝創新。第二個是能夠驅動高達20A的MOSFET柵極驅動器器件。這些ROHM解決方案一起使工程師能夠實現SiC MOSFET器件必須具備的所有優勢。

具有驅動器源極引腳的SiC MOSFET

ROHM的新型SiC MOSFET封裝創新增加了一個引腳，以提供獨立于電源的驅動器源。在傳統的3引腳FET中，由于引腳的電感和流經器件的高負載電流而在源極引腳上產生的電動勢有效地降低了晶體管所看到的Vgs。較低的Vgs抑制了晶體管的完全導通。在具有單獨的驅動器源引腳的新設備中，該引腳提供從柵極驅動器到內部晶體管源的直接訪問。因此，避免了對電源引腳的電感影響。

圖3：傳統的3引線MOSFET與帶有獨立驅動器源極引腳的新封裝

具有單獨的驅動器源極引腳的SiC MOSFET具有4引腳或7引腳封裝。4引腳封裝是TO-247-4L，并由ROHM零件編號SCT3xxxAR或SCT3xxxKR表示。7引腳封裝是TO-263-7L，并由ROHM零件編號SCT3xxxAW7或SCT3xxxKW7表示。

圖4：具有獨立驅動器源極引腳的SiC MOSFET封裝

大電流柵極驅動器

ROHM的新型帶電隔離的晶體管柵極驅動器（BM6112）非常適合驅動SiC MOSFET的獨特挑戰。它可以驅動高達20A的高電流，驅動高達20V的柵極電壓，并以小于150ns（最大）的I / O延遲完成所有操作。該柵極驅動器具有令人印象深刻的整套功能和認證，包括3750 Vrms隔離，欠壓鎖定（UVLO）和短路保護，使設計人員能夠充分利用SiC MOSFET。

大多數傳統的FET柵極驅動器無法直接驅動SiC MOSFET，因此它們需要在柵極驅動器和FET之間使用緩沖器。但是，BM6112在大多數情況下都可以直接驅動單個SiC MOSFET。但是，在驅動功率模塊時，幾乎總是需要柵極驅動緩沖器。

BM6112通過了汽車認證（AEC-Q100），適用于汽車，工業逆變器和UPS系統應用。

創新求救

SiC半導體材料的使用代表了MOSFET器件技術的飛躍。SiC MOSFET快速，高壓和高溫。它們準備以更快的速度，更小的尺寸和更低的損耗在許多應用中取代IGBT。通過添加獨立的驅動器源極引腳和隔離的柵極驅動器IC來驅動SiC MOSFET柵極的封裝創新，設計人員可以在設計中充分利用SiC MOSFET的優勢。

編輯：hfy