在過(guò)去的幾十年中，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)采取了許多措施來(lái)改善基于硅MOSFET(parasitic parameters)，以滿足開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器(開(kāi)關(guān)電源)設(shè)計(jì)人員的需求。行業(yè)效率標(biāo)準(zhǔn)以及市場(chǎng)對(duì)效率技術(shù)需求的雙重作用，導(dǎo)致了對(duì)于可用于構(gòu)建更高效和更緊湊電源解決方案的半導(dǎo)體產(chǎn)品擁有巨大的需求。這個(gè)需求寬帶隙(WBG)技術(shù)器件應(yīng)運(yùn)而生，如碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管(SiC MOSFET) 。它們能夠提供設(shè)計(jì)人員要求的更低的寄生參數(shù)滿足開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的設(shè)計(jì)要求。650V碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管器件在推出之后，可以補(bǔ)充之前只有1200V碳化硅場(chǎng)效應(yīng)器件設(shè)計(jì)需求，碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管(SiC MOSFET)由于能夠?qū)崿F(xiàn)硅場(chǎng)效應(yīng)管(Si MOSFET)以前從未考慮過(guò)的應(yīng)用而變得更具有吸引力。

　　碳化硅MOSFET越來(lái)越多用于千瓦級(jí)功率水平應(yīng)用，涵蓋如通電源，和服務(wù)器電源，和快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車電池充電器市場(chǎng)等領(lǐng)域。碳化硅MOSFET之所以有如此的大吸引力，在于與它們具有比硅器件更出眾的可靠性，在持續(xù)使用內(nèi)部體二極管的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)功率因數(shù)校正(PFC)設(shè)計(jì)，例如圖騰功率因數(shù)校正器的硬開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，碳化硅MOSFET可以得到充分利用。此外，碳化硅MOSFET也可應(yīng)用更高的開(kāi)關(guān)頻率，因而可以實(shí)現(xiàn)體積更小，更加緊湊的電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。

　　沒(méi)有免費(fèi)的午餐

　　當(dāng)然，世上是沒(méi)有免費(fèi)午餐的，在內(nèi)部體二極管和寄生參數(shù)方面，碳化硅MOSFET比硅MOSFET具有更多的優(yōu)勢(shì)，但代價(jià)是在某些方面參數(shù)碳化硅MOSFET性能比較差。這就要求設(shè)計(jì)人員需要花時(shí)間充分了解碳化硅MOSFET的特性和功能，并考慮如何向新拓?fù)浼軜?gòu)過(guò)渡。有一點(diǎn)非常明顯：碳化硅 MOSFET 并不是簡(jiǎn)單地替換硅MOSFET，如果這樣使用碳化硅MOSFET可能會(huì)導(dǎo)致效率下降而不是升高。

　　例如，碳化硅CoolSiC™器件的體二極管正向電壓(VF)是硅CoolMOS™器件的四倍。如果不對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，很有機(jī)會(huì)在諧振LLC轉(zhuǎn)換器上在輕負(fù)載時(shí)效率可能下降多達(dá)0.5%。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)注意，如果要在CCM圖騰PFC設(shè)計(jì)中獲得最高的峰值效率，則必須通過(guò)打開(kāi)碳化硅MOSFET溝道而不是只通過(guò)體二極管進(jìn)行升壓。

　　另一個(gè)要考慮的因素是器件結(jié)殼熱阻，這方面CoolMOS™稍有優(yōu)勢(shì)，由于CoolSiC™芯片尺寸較小，在相同封裝情況下，CoolSiC™熱阻為1.0K/W(IMW65R048M1H)，而CoolMOS™則為 0.8K/W(IPW60R070CFD7)，但實(shí)證明這些熱阻的差異在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以忽略。

　　在工作溫度范圍內(nèi)導(dǎo)通電阻與硅器件比較

　　從器件參數(shù)上，設(shè)計(jì)人員可以快速明白碳化硅MOSFET其中好處之一，這個(gè)個(gè)參數(shù)是導(dǎo)通電阻 RDS(on)。在芯片溫度100°C 時(shí)，CoolSiC™有較低的倍增系數(shù)(multiplication factor，K)，約為 1.13，而 CoolMOS™則為1.67，這意味著在芯片溫度100°C時(shí)的工作溫度下，一個(gè)84mΩ的CoolSiC™器件具有與57mΩ CoolMOS™器件相同的RDS(on)。這也清楚地表明，僅僅比較數(shù)據(jù)手冊(cè)中硅MOSFET和碳化硅MOSFET的 RDS(on)并不能反應(yīng)實(shí)際導(dǎo)通損耗的問(wèn)題。在芯片溫度低范圍，CoolSiC™由于其較低的斜率倍增系數(shù)和對(duì)溫度的低依賴性，讓CoolSiC™具有更高的擊穿電壓V(BR)DSS，因此比硅器件具有更大優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于那些位于室外或需要在低溫環(huán)境中啟動(dòng)的設(shè)備非常有幫助。

　　圖1：在芯片溫度25°C工作溫度兩種器件導(dǎo)通電阻基本相當(dāng)，溫度對(duì)CoolSiC™RDS(on)的影響比CoolMOS™要低

　　與CoolMOS™驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中相同，CoolSiC™ MOSFET也可以使用EiceDRIVER™驅(qū)動(dòng)集成電路。但是，應(yīng)注意的是，由于傳輸特性的差異(ID 與 VGS)，CoolSiC™這個(gè)器件的柵極電壓(VGS)應(yīng)以18V驅(qū)動(dòng)，而不是CoolMOS™使用的典型值12V。這樣才可提供CoolSiC™數(shù)據(jù)表中定義的RDS(on)，如驅(qū)動(dòng)CoolSiC™電壓限制為15V時(shí)它的導(dǎo)通電阻值高出18%。如果設(shè)計(jì)CoolSiC™電路時(shí)允許選擇新的驅(qū)動(dòng)集成電路器，則值得考慮具有較高欠壓鎖定(約13V)的驅(qū)動(dòng)集成電路，以確保CoolSiC™和系統(tǒng)可以在任何異常工作條件下安全運(yùn)行。 碳化硅MOSFET的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在25°C至150°C溫度之間，對(duì)傳輸特性的改變非常有限。

　　圖2：在25°C(左)和150°C(右)的傳輸特性曲線表明，碳化硅MOSFET受到的影響明顯低于硅MOSFET。

　　避免負(fù)柵極電壓