在設(shè)計電源轉(zhuǎn)換器時，碳化硅 (SiC)等寬帶隙 (WBG) 技術(shù)現(xiàn)在是組件選擇過程中的現(xiàn)實(shí)選擇。650V SiC MOSFET 的推出使其對于以前未考慮過的應(yīng)用更具吸引力。

它們在高效硬開關(guān)拓?fù)渲芯哂凶吭降聂敯粜?，使其成為?shí)現(xiàn)千瓦級電源解決方案的功率因數(shù)校正 (PFC) 級的理想選擇。而且，由于支持更高的開關(guān)頻率，更小的磁性元件成為一種選擇，為許多設(shè)計帶來可喜的體積減小。

天下沒有的午餐 雖然好處很多，但僅僅通過將SiC MOSFET放入去除硅等效物留下的間隙中并不能實(shí)現(xiàn)這些好處。工程師需要花時間了解它們的特征，以充分利用變革，同時還要了解它們不同的局限性和故障模式。CoolSiC? 器件中體二極管的正向電壓是硅 MOSFET 的四倍。因此，LLC 轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載時效率可能會下降 0.5%。PFC 拓?fù)涞母咝蔬€可以通過通道而不是體二極管升壓來實(shí)現(xiàn)。

在工作溫度下，導(dǎo)通電阻與硅相當(dāng) 一個關(guān)鍵的比較參數(shù)是導(dǎo)通電阻 RDS(on)。硅 MOSFET 表面上看起來比 SiC 更好，但由于其倍增系數(shù) (κ) 較低，84 mΩ CoolSiC? 器件在 100°C 下可實(shí)現(xiàn)與 57 mΩ CoolMOS? 器件相同的 RDS(on)（圖 1）。CoolSiC 還提供比硅 MOSFET 更高的擊穿電壓 V(BR)DSS，這對于在低溫環(huán)境下啟動的應(yīng)用非常有用。

圖 1：Cool-SiC? 的溫度對 RDS(on) 的影響低于 CoolMOS?，因此在典型工作溫度下具有相似的導(dǎo)通電阻。

EiceDRIVER? 系列仍然是 CoolSiC? MOSFET 的理想伴侶。然而，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)表中定義的低 RDS(on)，需要 18V 的柵極電壓 (VGS)，而不是硅 MOSFET 的典型 12V。如果選擇新的柵極驅(qū)動器，值得選擇具有 13 V 欠壓鎖定功能的柵極驅(qū)動器，以確保目標(biāo)應(yīng)用異常條件下的安全運(yùn)行。SiC 的另一個優(yōu)點(diǎn)是溫度對 25 °C 至 150 °C 之間傳輸特性的影響有限（圖 2）。

避免負(fù)柵極電壓 負(fù)柵極電壓可能會導(dǎo)致 SiC MOSFET 的長期退化，從而導(dǎo)致潛在故障。因此，設(shè)計工程師應(yīng)確保 VGS 不會在超過 15 ns 的時間內(nèi)降至 -2 V 以下。如果發(fā)生這種情況，可能會導(dǎo)致柵極閾值電壓 (VGS(th)) 發(fā)生漂移，從而在應(yīng)用的整個生命周期內(nèi)增加 RDS(on)。終，這會導(dǎo)致來之不易的系統(tǒng)效率提升下降，而這正是許多情況下選擇 SiC 的關(guān)鍵原因。

 

圖 2：25°C（左）和 150°C（右）的傳輸特性對 SiC 器件的影響明顯低于硅 MOSFET。

高值電阻器通常與硅 MOSFET 一起使用，以對抗負(fù) VGS，從而減慢 di/dt 和 dv/dt。然而，對于 SiC 器件，方法是在柵極和源極之間插入二極管電壓鉗位。如果負(fù)電壓純粹是電感問題，強(qiáng)烈建議選擇具有開爾文源的 CoolSiC? 器件。這可能導(dǎo)致 EON 損耗比沒有它的設(shè)備低三倍（圖 3）。

 

圖 3：為了避免 SiC MOSFET 的柵極變?yōu)樨?fù)值，應(yīng)考慮二極管鉗位、單獨(dú)的公共端和開爾文源。

效率超過 99% CoolSiC? MOSFET 的另一個優(yōu)勢是在漏極-源極電壓 VDS 高于 50V 左右時具有更高的輸出電容 COSS。這可以降低過沖水平，而無需實(shí)現(xiàn)柵極電阻。SiC 技術(shù)的 QOSS 行為也有利于硬諧振開關(guān)拓?fù)?，因為需要更少的放電，這會影響 CCM 圖騰柱 PFC 中的 Eon 損耗。使用 48 mΩ 器件，3.3 kW CCM 圖騰柱 PFC 的效率可達(dá)到 99% 以上（圖 4），其中在雙升壓 PFC 設(shè)計中使用 CoolMOS? 的效率峰值可達(dá) 98.85%。而且，盡管 SiC MOSFET 的成本較高，但基于 SiC 的設(shè)計更具成本競爭力。

 

圖 4：即使是 107 mΩ CoolSiC CCM 圖騰柱 PFC 的效率也接近 99%，基本上優(yōu)于的 CoolMOS? 雙升壓 PFC 方法。