功率半導體是實現節能世界的關鍵。碳化硅和氮化鎵等新技術可實現更高的功率效率、更小的外形尺寸和更輕的重量。尤其是碳化硅是一種寬帶隙材料，能夠克服傳統硅基功率器件的限制。

雖然三電平和其他硅電路拓撲正在出現以提高效率，但新的 SiC設計正在出現以滿足電動汽車日益增長的高功率要求。在 PCIM 期間，多位發言人討論了與 SiC 相關的主題和挑戰。例如，碳化硅仍然比硅貴得多。因此，重要的是要確定經濟性與節能或其他一些技術優勢保持同步的應用程序，以證明費用是合理的。

碳化硅設計

“充分利用碳化硅需要最大限度地減少損失并降低成本，”UnitedSiC 器件技術總監 Peter Lose 說。“我們設計了一個具有極低導通電阻溝槽垂直 JFET 的共源共柵 FET，在共源共柵中內置碳化硅，并帶有專為共源共柵使用而設計的低壓硅 MOSFET。這使我們能夠避免放置在 SiC MOSFET 上的溝道電阻的主要問題。”

碳化硅將進一步強化電網，降低損耗。Hitachi ABB Power Grids 產品營銷副總裁 Tobias Keller 強調了他在 SiC 領域的經驗：“碳化硅已經開始在 750 V 和 1.2 kV 的電壓水平上用于固定方面。根據傳導和開關損耗，碳化硅將在 1.7 和 3.3 kV 的電壓水平上找到其在行業中的吸引力。”

Wolfspeed 電源產品營銷高級總監 Guy Moxey 表示：“與硅相比，SiC 技術可以帶來更低的傳導損耗和更低的開關損耗，從而提高系統效率和功率密度。Wolfspeed 為低功率和高功率空間提供了大量產品組合，這對于讓更多應用受益于 SiC 至關重要。”

三菱電機剛剛完成了其第二代 SiC 功率模塊的發布。三菱應用工程經理 Eugen Stumpf 表示：“這些電源模塊將被廣泛應用于空調、醫療、電動汽車和混合動力火車等領域。

“兩代都使用平面結構；在第二代中，RDS （on）和柵極漏極電容降低了，”他補充道。“這些改進是通過幾個特性完成的，特別是引入了 JFET 摻雜技術。”

英飛凌科技 SiC 副總裁 Peter Friedrichs 重點介紹了三種不同的器件技術：CoolSiC、CoolGaN 和 CoolMOS。“關鍵性能指標通常是效率、規模和可靠性，”他說。“為了根據拓撲結構和應用的邊界條件選擇正確的技術，我們定義了品質因數。其他重要參數是反向恢復電荷、存儲在輸出電容中的能量、計量電荷和輸出電容。對于所有這些，我們可以計算出優值。”

Microchip 的首席客戶參與經理 Marc Rommerswinkel 對 SiC 與基于硅的解決方案相比的優勢毫不懷疑，例如由于較低的開關損耗而提高了效率，以及由于較高的開關量而減小了系統尺寸、成本和重量頻率和較小的冷卻系統。

Rommerswinkel 說：“碳化硅的開關速度非常快，任何寄生電感都會因為振鈴而引起問題，從而導致過沖和下沖，這會導致 EMC 問題，但也會損壞您的系統。” “如果你使用碳化硅，你需要考慮一些事情：可靠性和諸如亞閾值行為、雪崩能力或體二極管穩定性等數據只是需要考慮的一些參數。”

WeEn Semiconductors 技術營銷經理 Jan Huijink 指出了工業或服務器電源的主要部件。“主要組件是 PFC 和 LLC 全橋；使用 SiC 組件的好處是可以實現更快的開關速度，”他說。“因此，無源元件可以更小，從而使整個應用程序更小、更輕、成本更低。在不間斷電源中，我們可以找到的 SiC 組件是二極管和 MOSFET。它們主要在整流和 PFC 等輸入電路和逆變器中找到自己的方式。我們最新的 SiC 技術被稱為合并 PN 肖特基，具有提高浪涌電流處理能力的巨大優勢。”

SiC 器件具有更高頻率的基準開關性能，并且幾乎沒有反向恢復。此外，這種卓越而穩定的開關性能與溫度無關。它能夠承受更高的工作電壓、電流和開關頻率，加上高效率和出色的熱管理，使該半導體成為包括汽車在內的多種電源應用中硅的理想替代品。用于 EV 牽引逆變器的 SiC 被證實可支持更長的行駛里程和更高效的駕駛循環性能。