SiC的優(yōu)勢及典型設備

在為功率轉換選擇高功率開關器件時，過去只有兩個選擇，硅MOSFET或者是IGBT，然而最新的應用如AC-DC 轉換器，逆變器，DC-DC轉換器等，都達到了上千V水平，需要考慮SiC等更耐高壓的產品。對于高壓開關，與傳統(tǒng)的硅MOSFET和IGBT相比，SiC MOSFET具有顯著的優(yōu)勢，支持超過1，000 V的高壓電源軌，且工作在數(shù)百KHz頻率，甚至超過了最好的硅MOSFET。

值得注意的是，SiC器件可以滿足新要求，但他們的電路要求不同。具體而言，它們具有特殊的柵極驅動需求，安森美半導體通過其SiC柵極驅動器系列解決了這一問題，將SiC MOSFET的優(yōu)勢帶入當今要求苛刻的電源產品中，尤其是汽車電氣系統(tǒng)和電動汽車等。

應用目標

SiC晶體管幾乎適用于任何開關模式電源，它們的優(yōu)越特性使其在汽車電氣系統(tǒng)中更為明顯，比如具有功率因數(shù)校正（PFC）的AC-DC電源，DC-DC轉換器，車載充電器（OBC），逆變器，LiDAR以及用于全電動或自動駕駛車輛的電路。

一些非汽車應用包括電機驅動器，光伏（PV）逆變器，PV充電器，不間斷電源（UPS）以及網(wǎng)絡和服務器電源。所有這些應用都可以從SiC設計帶來的更高效率中受益。

SiC優(yōu)勢

電源設計的工程師已經(jīng)意識到SiC晶體管確實是新開關模式設計的最佳選擇，雖然它們可能比替代品貴一點，但它們提供了更多優(yōu)勢。以下是SiC與MOSFET和IGBT相比的優(yōu)勢：

高耐壓。大多數(shù)SiC器件都能夠處理650至1700 V的電壓，在高壓應用中，它們可以替代某些IGBT。

具有可處理超過100 A的版本的高電流能力。

切換速度更快，速度高達1 MHz。

超低導通電阻，最高數(shù)百毫歐。

更好的導熱性，這意味著對于給定的功耗，溫度上升最小。

更低的關斷損耗，更低的導通損耗和更低的柵極電荷。

較小的物理尺寸。

符合AEC-Q101的汽車級認證。

典型設備

圖1：安森美半導體的SiC FET采用TO-247封裝。

安森美的SiC MOSFET是安森美半導體的NTHl080N120SC1（圖1）。主要功能包括：

最大漏源電壓為1200 V.

最大連續(xù)電流為31至44 A，具體取決于環(huán)境溫度。

典型導通電阻《110mΩ。

建議柵極 - 源極電壓為-5至+20 V.

功耗為58至348 W，具體取決于環(huán)境溫度。

TO-247包裝。

使用SiC進行設計

使用SiC晶體管進行設計與使用傳統(tǒng)硅MOSFET和IGBT進行設計不同。主要區(qū)別與門驅動的要求有關。使用標準增強型MOSFET時，您可以放心，當超過柵極閾值電壓（VTH）時，MOSFET完全導通。 VTH的范圍從幾伏到最大約10V。

對于驅動SiC MOSFET，柵極 - 源極閾值VTH必須在20 V范圍內，以確保在源極和漏極之間建立良好的電流通道。但那還不是全部。要關閉器件，柵極上需要-3到-10 V的負電壓。早期，SiC的驅動設計都采用分立元件搭配，現(xiàn)在已經(jīng)變成了集成IC。

安森美半導體的NCP51705就是一款通用驅動IC，可搭配安森美或其他品牌的SiC器件，該驅動器提供分離的輸出級，可實現(xiàn)獨立的開啟和關閉調節(jié)。源和接收能力為6 A。

NCP51705還提供5V的電源軌，可以為光隔離器等外部電路供電。IC的保護功能包括了偏置的欠壓鎖定監(jiān)控和基于驅動器結溫的熱關斷功能。

汽車設計實例

電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）需要高壓交流轉直流和輔助電池的OBC。圖2顯示了這種系統(tǒng)的簡化圖。標準橋式整流器將交流電轉換為直流電壓，經(jīng)過功率因數(shù)校正。全橋DC-DC轉換器為諧振反激式轉換器提供輸入，該轉換器將電壓調節(jié)至更高水平，并將其整流為為主電池充電的最終直流電。當前的電池電壓在300至900V范圍內，單獨的電路產生低電壓（12 V或48 V），為用于所有其他電氣和電子組件的電池充電，例如車輛照明和信息娛樂。