剖析SiC-MOSFET特征及其與Si-MOSFET的區(qū)別 2

與IGBT的區(qū)別：導(dǎo)通損耗特性

接下來看開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的損耗。

IGBT在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，流過Ic（藍(lán)色曲線）用紅色虛線圈起來部分的電流。這多半是二極管的恢復(fù)電流帶來的，是開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的一大損耗。請(qǐng)記?。涸诓⒙?lián)使用SiC-SBC時(shí)，加上恢復(fù)特性的快速性，MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的損耗減少；FRD成對(duì)時(shí)的開關(guān)導(dǎo)通損耗與IGBT的尾電流一樣隨溫度升高而增加。

總之，關(guān)于開關(guān)損耗特性可以明確的是：SiC-MOSFET優(yōu)于IGBT。

另外，這里提供的數(shù)據(jù)是在ROHM試驗(yàn)環(huán)境下的結(jié)果。驅(qū)動(dòng)電路等條件不同，結(jié)果也可能不同。

四、體二極管的特性

上一章介紹了與IGBT的區(qū)別。本章將對(duì)SiC-MOSFET的體二極管的正向特性與反向恢復(fù)特性進(jìn)行說明。

如圖所示，MOSFET（不局限于SiC-MOSFET）在漏極-源極間存在體二極管。從MOSFET的結(jié)構(gòu)上講，體二極管是由源極-漏極間的pn結(jié)形成的，也被稱為“寄生二極管”或“內(nèi)部二極管”。對(duì)于MOSFET來說，體二極管的性能是重要的參數(shù)之一，在應(yīng)用中使用時(shí)，其性能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

五、SiC-MOSFET體二極管的正向特性

下圖表示SiC-MOSFET的Vds-Id特性。在SiC-MOSFET中，以源極為基準(zhǔn)向漏極施加負(fù)電壓，體二極管為正向偏置狀態(tài)。該圖中Vgs＝0V的綠色曲線基本上表示體二極管的Vf特性。Vgs為0V即MOSFET在關(guān)斷狀態(tài)下，沒有通道電流，因此該條件下的Vd-Id特性可以說是體二極管的Vf-If特性。如“何謂碳化硅”中提到的，SiC的帶隙更寬，Vf比Si-MOSFET大得多。

而在給柵極-源極間施加18V電壓、SiC-MOSFET導(dǎo)通的條件下，電阻更小的通道部分（而非體二極管部分）流過的電流占支配低位。為方便從結(jié)構(gòu)角度理解各種狀態(tài)，下面還給出了MOSFET的截面圖。

六、SiC-MOSFET體二極管的反向恢復(fù)特性

MOSFET體二極管的另一個(gè)重要特性是反向恢復(fù)時(shí)間（trr）。trr是二極管開關(guān)特性相關(guān)的重要參數(shù)這一點(diǎn)在SiC肖特基勢壘二極管一文中也已說明過。不言而喻，MOSFET的體二極管是具有pn結(jié)的二極管，因而存在反向恢復(fù)現(xiàn)象，其特性表現(xiàn)為反向恢復(fù)時(shí)間（trr）。下面是1000V耐壓的Si-MOSFET和SiC-MOSFET SCT2080KE的trr特性比較。

如圖所示，示例的Si-MOSFET的trr較慢，流過較大的Irr。而SiC-MOSFET SCT2080KE的體二極管速度則非常快。trr、Irr均為幾乎可忽略的水平，恢復(fù)損耗Err已經(jīng)大幅降低。

七、SiC-MOSFET的應(yīng)用實(shí)例

本章將介紹部分SiC-MOSFET的應(yīng)用實(shí)例。其中也包括一些以前的信息和原型級(jí)別的內(nèi)容，總之希望通過這些介紹能幫助大家認(rèn)識(shí)采用SiC-MOSFET的好處以及可實(shí)現(xiàn)的新功能。另外，除了SiC-MOSFET，還可以從這里了解SiC-SBD、全SiC模塊的應(yīng)用實(shí)例。

SiC-MOSFET應(yīng)用實(shí)例1：移相DC/DC轉(zhuǎn)換器

下面是演示機(jī)，是與功率Power Assist Technology Ltd.聯(lián)合制作的。

全橋式逆變器部分使用了3種晶體管（Si IGBT、第二代SiC-MOSFET、上一章介紹的第三代溝槽結(jié)構(gòu)SiC-MOSFET），組成相同尺寸的移相DCDC轉(zhuǎn)換器，就是用來比較各產(chǎn)品效率的演示機(jī)。

首先，在SiC-MOSFET的組成中，發(fā)揮了開關(guān)性能的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)了Si IGBT很難實(shí)現(xiàn)的100kHz高頻工作和功率提升。另外，第二代（2G）SiC-MOSFET中，由2個(gè)晶體管并聯(lián)組成了1個(gè)開關(guān)，但由于第三代（3G）SiC-MOSFET導(dǎo)通電阻更低，晶體管數(shù)得以從8個(gè)減少到4個(gè)。關(guān)于效率，采用第三代（3G）SiC-MOSFET時(shí)的結(jié)果最理想，無論哪種SiC-MOSFET的效率均超過Si IGBT。

SiC-MOSFET應(yīng)用實(shí)例2：脈沖電源

脈沖電源是在短時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)供電的系統(tǒng)，應(yīng)用例有氣體激光器、加速器、X射線、等離子電源等。作為現(xiàn)有的解決方案有晶閘管等真空管和Si開關(guān)，但市場需要更高耐壓更高速的開關(guān)。

針對(duì)這種市場需求，利用SiC的高耐壓和高速性能，實(shí)現(xiàn)了超高電壓高速開關(guān)。從高速性的角度看這是Si IGBT很難實(shí)現(xiàn)的。下例是與福島SiC應(yīng)用技研株式會(huì)社、株式會(huì)社京都New-Tronics、國立研究開發(fā)法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)合作開發(fā)，在CEATEC 2014、TECHNO-FRONTIER2015展出的產(chǎn)品。

超高壓脈沖電源：

特征:(1)超高耐壓為N通道 SiC MOSFET;(2)低導(dǎo)通電阻（以往產(chǎn)品的1/100以下）;(3)高重復(fù)頻率。

應(yīng)用案例：(1)荷電粒子加速器；(2)醫(yī)療用設(shè)備電源；(3)等離子發(fā)生器。

1～10kV隨機(jī)脈沖發(fā)生器：13.2kV SiC開關(guān)

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