富昌电子SiC设计分享（三）：SiC MOSFET 和Si MOSFET寄生电容在高频电源中的损耗对比

富昌电子（Future Electronics）一直致力于以专业的技术服务，为客户打造个性化的解决方案，并缩短产品设计周期。在第三代半导体的实际应用领域，富昌电子结合自身的技术积累和项目经验，落笔于SiC相关设计的系列文章。希望以此给到大家一定的设计参考，并期待与您进一步的交流。
 
前两篇文章我们分别探讨了SiC MOSFET的驱动电压，以及SiC器件驱动设计中的寄生导通问题。本文作为系列文章的第三篇，会从SiC MOS寄生电容损耗与传统Si MOS作比较，给出分析和计算过程，供设计工程师在选择功率开关器件时参考！
 
电力电子行业功率器件的不断发展，第三代半导体（SiC，GaN）代替硅半导体已经是大势所趋。
 
由于Si MOSFET其输入阻抗高，随着反向耐压的提高，通态电阻也急剧上升，从而限制了在高压大电流场合的应用。为了进一步提高开关电源的效率，迫切需要一种能承受足够高耐压和极快开关速度，且具有很低导通电阻和寄生电容的功率半导体器件。
 
SiC MOSFET有极其低的导通电阻RDS（ON），导致了极其优越的正向压降和导通损耗, 并且具有相当低的栅极电荷和非常低的漏电流，能适合超快的开关速度，更适合高电压大电流高功率密度的应用环境。
 
 我们都知道开关电源的频率越高，每秒开关管改变状态的次数就越多，开关损耗和与开关频率成正比。富昌电子在长期的电源电路研究中发现：开关电源中所有与开关频率有关的损耗，最显著的往往是开关管自身产生的损耗。
 
本文从MOSFET的寄生电容的角度，结合BOOST PFC电路对Si MOSFET和SiC MOSFET展开讨论。
 
对于功率MOSFET寄生电容,在开关转换的阶段，MOSFET栅极表现为一个简单的输入电容。通过驱动电阻 充电或放电。实际上，栅极对漏极和原极之间发生的事情“漠不关心”。功率MOSFET可等效为下图：

 为了在同条件下比较Si MOSFET 和 SiC MOSFET的寄生结电容对高频电源效率的影响。我们用全电压输入，输出500w，工作频率75kHz的PFC电路来做比较，选择Onsemi, SI MOSFET FQA6N90C  和 SiC MOSFET NTHL060N090SC1来完成该对比。富昌电子在研究过程中了解到，输出功率达到500W， Si MOSFET 需要两个MOS 并联才能满足设计要求，本文中我们暂且忽略这个差别，先从单个  的SI MOSFET和  ， SiC MOSFET来做比较。
 

静态寄生参数对比：

FQA6N90C (SI MOSFET)         

NTHL060N090SC1（SiC MOSFET）：

     

富昌电子研究结论：在同样输入和输出的电参数，封装几乎相同的条件下，比较Si Mosfet和SiC Mosfet寄生电容带来的损耗可知，SiC节省了60%的寄生损耗。 如果采取两颗Si MOFET并联，达到输出500W PFC的设计目的，Si MOFET寄生电容的损耗是SiC的3.07倍。
 
总结

本文针对MOS的寄生电容做出了分析，并选用ONSEMI 同等功率的SiC与SiMOST进行了设计比较。这部分的损耗，只是电路实际工作过程中MOSFET损耗的一部分，MOSFET的损耗分析稍显复杂， 此处没有展开探讨，富昌电子后续会连载文章，剖析电路设计中的难点。敬请期待！
 
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