碳化硅(SiC)MOS管作为一种新型功率器件—宽带隙(WBG)技术,在开发与应用中,相同功率等级的Si MOSFET与SiC MOSFET相比,SiC mosfet导通电阻,开关损耗低,工作频率更高,更适用高温工作,高温稳定性好。

碳化硅MOSFET越来越多用于千瓦级功率水平应用,涵盖如通信电源,和服务器电源,和快速增长的电动汽车电池充电器市场等领域。碳化硅MOSFET之所以有如此的大吸引力,在于与它们具有比硅器件更出众的可靠性,在持续使用内部体二极管的连续导通模式(CCM)功率因数校正(PFC)设计,例如图腾功率因数校正器的硬开关拓扑中,碳化硅MOSFET可以得到充分利用。此外,碳化硅MOSFET也可应用更高的开关频率,因而可以实现体积更小,更加紧凑的电源转换器设计。
一.常见的Vgs与Vgs(th),以及对SiC MOSFET应用的影响
驱动电压Vgs和栅极电压阈值Vgs(th)关系到SiC MOSFET在应用过程中的可靠性,功率损耗(导通电阻),以及驱动电路的兼容性等。这是SiC MOSFET非常关键的参数,在设计过程中需要重点考虑。在不同的设计中,设置不同的驱动电压会有更高的性价比。下图1 列出几个常见厂家部分SiC MOSFET的Vgs与Vgs(th)值作对比。
图1:

二. SiC MOSFET驱动电压设置探讨
如图所示,SiC MOSFET 驱动电压正向最大值在22V~25V左右,推荐的工作电压主要有+20V,+18V两种规格,具体应用需要参考不同SiC MOSFET型号的DATASHEET。Vgs超过15V时,无论是导通内阻还是导通电流逐渐趋于平缓 (各家SiC MOSFET的DATASHEET给出的参考标准不同,有的是Rds(on)与Vgs的曲线,有的是Id与Vgs的曲线)。当然驱动电压Vgs越高,对应的Rds(on)会越小,损耗也就越小。
设计小建议:Vgs设定Vgs时不能超过DATASHEET给定的最大值,否则可能会造成SiC MOSFET永久损坏。
设计小建议:SiC MOSFET建议使用+18V驱动电压。对降低驱动损耗以及减少Vgs过冲损坏更加有益。
考虑到与15V驱动的Si IGBT 兼容,各家设计公司都在开发+15V驱动电压的器件。
负压关断电压:建议-3V~-5V。
三.碳化硅mosfet优势
1.低损耗
半导体元器件导通损耗与它的击穿场强是反比,导通损耗小,并不会因温度变化而变化。
2.开关速度更快
SiC热导系数=2.5*Si SiC饱和电子漂移率= 2*Si SiC工作频率高
3.高阻断电压
SiC击穿场强=10*Si (或是更多) SiC阻断电压 > Si阻断电压
4.在高温下可工作
SiC有着高度稳定晶体结构,宽度2.2eV—3.3eV (等于2*Si 或更多)
SiC最大高温度200 ºC以上
五. 碳化硅mosfet驱动电路
SiC MOSFET 与Si MOSFET比较
1.SiC MOSFET寄生电容更小,对驱动电路寄生参数更敏感。
2.SiC MOSFET驱动电压-5V~ +25V(建议电压-3V/+18V),Si MOSFET驱动电压-30V~+30V(建议电压0/+15V)
3.SiC MOSFET安全阈值小;
4.SiC MOSFET有专用驱动芯片

