碳化硅(SiC) MOSFET 日益普及的背后有一些關鍵的驅動因素，包括充電站、太陽能光伏(PV)、電動汽車(EV)驅動、不間斷電源(UPS)和電池儲能系統(BESS)等現代電力電子應用中對更高效率、更低能耗和更低總擁有成本日益旺盛的需求。本文介紹 Nexperia（安世半導體）的 SiC MOSFET 器件的一些獨特功能，這些功能為這些應用帶來了其他制造商的類似器件無法提供的優勢。

01

工作溫度范圍內RDson漂移超低

一般來說，SiC 素有溫度穩定性的優勢，但是，隨著典型器件中的結溫升高，RDSon在整個工作溫度范圍內通常會增加到 1.6 至 2 倍。例如，某個器件在 25℃ 時 RDSon為 40 mΩ，而當結溫達到 175℃ 時，RDSon可達到 80 mΩ。為克服這一限制，Nexperia（安世半導體）設計了 1200 V SiC MOSFET，使其具有業界少有的低 RDSon溫度漂移——僅為 1.4 倍（圖1）。這意味著，25℃ 時 RDSon為 40 mΩ 的 Nexperia SiC MOSFET 在 175℃ 結溫時 RDSon僅為至 56 mΩ。

與其他供應商的類似器件相比，這種出色的溫度穩定性具有減少高工作溫度下導通損耗的益處。此功能使 Nexperia SiC 器件非常適合要求苛刻的電源轉換應用，這些應用通常會經歷較高的工作溫度，例如電機驅動、充電基礎設施、太陽能光伏、UPS 等。

圖1：Nexperia 的 SiC MOSFET 具有業界少有的低 RDSon漂移

02

超低閾值電壓容差

MOSFET 的閾值電壓(Vth)是器件安全工作的一個重要指標， 2.5 至 4 V 范圍內通常提供可接受的工作裕度。Nexperia 設計的 1200 V SiC MOSFET 閾值電壓為 2.9 V，正好處于這個安全工作范圍內。雖然閾值電壓的實際值很重要，但器件安全工作的一個相關關鍵參數是閾值電壓容差。該參數表示指定的閾值電壓的最小值和最大值之間的變化。

低閾值電壓容差的一個關鍵優勢是，它可以在多個并聯的 SiC MOSFET 之間實現高度對稱的開關行為，而并聯是許多電源應用中的常見布局形式。這種“平衡的并聯”減少了單個器件的應力（否則器件可能會在動態開關操作期間經歷高電流負載），進而增強電路性能并延長產品壽命。與類似的競品器件相比，Nexperia 的 SiC MOSFET 的閾值電壓變化最低，僅為1.2 V（即使在最壞情況條件下），可確保器件實現出色的平衡并聯（圖2）。

圖2：Vth的低變化意味著 Nexperia 的 SiC MOSFET 可實現器件的平衡并聯

03

優異的柵極電荷參數

對于 SiC MOSFET 來說，具有低柵極電荷(QG)非常重要，因為這可以降低開關操作期間的柵極驅動損耗，還可以降低功耗和對柵極驅動器的其他要求。另外，其他和開關性能密切相關但經常被忽視的指標包括柵漏電荷(QGD)和柵源電荷(QGS)之間的比率。如果 QGD 低于 QGS，SiC MOSFET 可提供最穩定的性能（不會產生不必要的米勒導通不穩定性）。Nexperia 設計的 1200 V SiC MOSFET 不僅具有低 QG，而且還具有出色的 QGD 與 QGS 電荷比（圖3）。這確保了它們提供低功耗、出色的穩健性和安全開關性能的優異組合。

圖3：Nexperia 的 SiC MOSFET 具有低柵極電荷和電荷比

04

超低正向壓降

SiC MOSFET 通常用于具有高邊和低邊 MOSFET 的對稱橋配置，即一個器件導通時，另一個器件則關斷。為防止發生潛在的破壞性短路，需要一定的“死區時間”（兩個器件都處于關斷狀態的短暫持續時間）。盡管如此，即使在死區時間內，電流也會繼續流過MOSFET的體二極管，并且產生的壓降高于器件通道導通時的壓降。死區時間間隔內升高的壓降會帶來更高的功率損耗。

Nexperia 的 1200 V SiC MOSFET 具有出色的體二極管穩健性，相較于市場上其他類似的 SiC 同類產品，具有更低的正向壓降（圖4）。在 85℃ 25 A 的工作電流下，Nexperia 的 SiC MOSFET 的壓降約為 3.5 V，而其他供應商具有類似 RDSon的器件的正向壓降通常超過 5 V。因此，與其他具有相同工作條件（和死區時間）的器件相比，Nexperia 的 1200 V SiC MOSFET 的損耗要低得多。這可以防止過度散熱，并使設計人員能夠靈活地設置應用所需的死區時間。

圖4：Nexperia 的 SiC MOSFET 具有低正向壓降

結論

SiC MOSFET 相對于同類硅產品的優勢眾所周知，但隨著這些器件的普及，設計人員需要了解不同制造商的 SiC 器件在其提供的性能優勢方面存在很大差異。Nexperia 設計的 SiC MOSFET 具有業界領先的指標，包括工作溫度范圍內超低的RDSon漂移、超低閾值電壓差、低柵極電荷以及卓越的柵極電荷比和超低正向壓降。這些優異的工作參數為電力電子設計人員提供了使用類似競爭器件無法實現的優勢。

審核編輯：劉清