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与IGBT相比，SiC MOSFET具备更快的开关速度、更高的电流密度以及更低的导通电阻，非常适用于电网转换、电动汽车、家用电器等高功率应用。但是，在实际应用中，工程师需要考虑SiC MOSFET的稳健性、可靠性、高频应用中的瞬时振荡以及故障处理等问题。这就需要工程师深入了解SiC MOSFET的工作特征及其对系统设计的影响。
如图1所示，与同类型的Si MOSFET相比，900V的SiC MOSFET能够在1/35大小的芯片内提供与之相同的导通电阻。其原因是SiC MOSFET能够阻断的电压是Si MOSFET的10倍，同时具备更高的电流密度和更低的导通电阻，能够以更快速度（10 倍）在导通和关断状态之间转换。在150°C时，Si MOSFET的RDS(on) 导通电阻是25°C时的两倍（典型值）；而SiC MOSFET的应用温度可达到200°C，甚至是更高的额定温度，超高的工作温度简化了热管理，减小了印刷电路板的外形尺寸，有利于提高系统的稳定性。
图1 SiC MOSFET和Si MOSFET性能对比
在使用SiC MOSFET进行系统设计时，工程师们通常要考虑如何以最优方式驱动（最大限度降低传导和开关损耗）、如何最大限度降低栅极损耗、如何降低系统寄生效应的影响、如何减小导通电阻等问题。首先，考虑到关断能量、导通能量、米勒效应等都会影响开关行为。通过降低栅极电阻（RG）或者在关闭时间内使用负栅极偏压，可以增加栅极的漏电流，从而降低关断能量（Eoff）。而导通能量是将MOSFET的寄生电容充电至实现较低RDS(on)所需的电压的过程。如图4所示，与关断能量一样，通过减小RG能够提升导通能量，当栅极电阻降低时，导通能量也随之降低。
图2 Eon和Rg的关系曲线
当横跨栅极电阻器的压降超过了半桥转换器上MOSFET的阈值电压，就会发生寄生导通，即米勒效应。此时，反向恢复能量（Err）可能会严重影响全局开关损耗。针对此，在SiC MOSFET中可以加入米勒箝位保护功能，如图3所示，以控制米勒电流。当电源开关关闭时，驱动器将会工作，以防止因栅极电容的存在，而出现感应导通的现象。
图3 米勒箝位示意图
在高功率应用中，对于SiC MOSFET的选取，本文推荐采用[color=#2655a5 !important]ROHM（罗姆）公司提供的新型SiC MOSFET解决方案——[color=#2655a5 !important]SCT3030KL，不仅具备低漏源导通电阻30.0mΩ（典型值），而且能够在高达1200V的漏源电压下正常工作，内部电路如图4所示。此外，SCT3030KL采用专门的沟槽式栅极结构（即栅极是在芯片表面构建的一个凹槽的侧壁上成形的），与平面式SiC MOSFET产品相比，输入电容减小了35%，导通电阻减小了50%，性能更优异。
图4 SCT3030KL的内部电路示意图
除了上述特点之外，SCT3030KL的漏电流为72A，总功耗339W，存储温度范围宽至-55℃~175℃，并且符合RoHS标准。与同类竞争产品相比，SCT3030KL具备易于并联、切换速度快、反向恢复速度快、驱动简单等优势，更适合高功率应用。更多的解决方案和产品订购可在世强官网获取。
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发表于 2019-2-11 13:10:51
