從瓦特到兆瓦：碳化硅的優(yōu)勢及性能

設(shè)計(jì)人員當(dāng)然對碳化硅感興趣，因?yàn)樗哂袧摿Α＿@種潛力包括：在不損失效率的情況下實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)——這意味著更快的開關(guān)和更低的開關(guān)損耗。導(dǎo)通電阻 (RDS(On)) 的溫度依賴性更小，這導(dǎo)致高溫下的傳導(dǎo)損耗更低，當(dāng)然，還會增加功率密度、減小系統(tǒng)的尺寸和重量并平衡系統(tǒng)成本。

當(dāng)前的碳化硅格局

Wolfspeed為汽車、工業(yè)和能源市場的應(yīng)用提供大量、根深蒂固的產(chǎn)品組合，包括現(xiàn)在的 650V MOSFET。如下圖 1 所示，Wolfspeed 的 SiC 功率產(chǎn)品包括 SiC 肖特基二極管和 MOSFET、SiC 功率模塊和 SiC 裸片肖特基二極管和 MOSFET。

隨著 Wolfspeed 最近推出 650V 碳化硅 MOSFET，當(dāng)前的碳化硅領(lǐng)域得到了極大的拓寬。這些 650V SiC MOSFET 顯著解決了傳統(tǒng)上為硅的較低功率區(qū)域。現(xiàn)在，碳化硅在 650V 及以上的任何電壓下都非常有可能，提供高功率、中高開關(guān)頻率和高溫性能。

這些 SiC 650V MOSFET 對整體格局產(chǎn)生了重大變化。它們在較低的 RDS(On)設(shè)備 (≤ 100mΩ)下?lián)魯×巳魏螙|西。它們通過降低開關(guān)和傳導(dǎo)損耗來提高效率。它們允許更高的工作溫度——碳化硅額定值為 175Tj。

碳化硅相對于其他技術(shù)的優(yōu)勢

與 Si 或 GaN 相比，SiC 的眾多優(yōu)勢之一是RDS(On)。當(dāng) RDS(On隨溫度變化時，SiC 的優(yōu)勢立即顯現(xiàn)。硅和 GaN 隨溫度升高 2 倍甚至 3 倍，Wolfspeed SiC 隨溫度升高僅 1.3 倍或 1.4 倍。這與器件傳導(dǎo)損耗和器件使用直接相關(guān)在溫度而不是 25C。

SiC 具有優(yōu)勢的另一個重要領(lǐng)域是 IGBT 拐點(diǎn)電壓，這是MOSFET的線性 VDS曲線優(yōu)于 IGBT 的拐點(diǎn)/指數(shù)曲線的地方。實(shí)際上，在 99% 的額定電流及以下，SiC MOSFET 的傳導(dǎo)損耗比 IGBT 低。如果將器件并聯(lián)，由于 VCE曲線固定，IGBT 的問題會變得更糟。

Wolfspeed SiC 支持的應(yīng)用

Wolfspeed 開創(chuàng)碳化硅已有 30 多年的歷史，因此為所有重視效率、功率密度和整體系統(tǒng)成本的電源應(yīng)用提供了多樣化的寬帶隙碳化硅器件組合。我們的碳化硅器件的性能和可靠性在電動汽車動力系統(tǒng)/主逆變器、車載電池充電器、非車載直流快速充電器、企業(yè)電源、太陽能和可再生能源等系統(tǒng)中特別有效。

您每天都會接觸 Wolfspeed SiC。您的日常電子郵件（由服務(wù)器群提供支持）包含 Wolfspeed SIC，實(shí)施的太陽能和儲能系統(tǒng)由 Wolfspeed SiC 提供支持，道路上的電動汽車包含 Wolfspeed SiC。我們的碳化硅技術(shù)為其支持的各個行業(yè)提供了大量競爭優(yōu)勢。圖 2 顯示了 Wolfspeed SiC 支持的眾多應(yīng)用的一些示例

性能比較

圖 3 顯示了傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗的并排比較。這些是 DC-DC 應(yīng)用中的 400 VDC 輸入/48 VDC 輸出設(shè)備，一個是碳化硅，另一個是硅。您可以在左上方的一組圖像和左下方的表格中看到 Wolfspeed 120 mΩ SiC 器件與 60 mΩ 硅超級結(jié)器件的疊加效果很好。效率沒有妥協(xié)。其中一個超級結(jié)器件的外殼溫度較低，中間是碳化硅器件。

圖 3：并排比較傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗

?onclusion

碳化硅目前正在實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槭聦?shí)證明，基于 SiC 的解決方案比傳統(tǒng)的基于硅的解決方案具有更高的效率、功率密度和系統(tǒng)成本效益。

在 Wolfspeed，我們測量 SiC 成熟度為

• 行業(yè)廣泛采用多年
• 久經(jīng)考驗(yàn)的可靠性和現(xiàn)場時間
• 持續(xù)創(chuàng)新與投入
• 既定價值與現(xiàn)有技術(shù)

對我們來說，碳化硅不僅僅是“我們剛剛鑒定了一個設(shè)備，你想要一些樣品嗎”。在工業(yè)和能源基礎(chǔ)設(shè)施方面，Wolfspeeds 碳化硅功率器件提高了效率、縮小了系統(tǒng)尺寸并減少了散熱，使企業(yè)能夠充分利用每千瓦時的電力和每平方米的空間。

審核編輯 黃昊宇