国产高压SiC MOSFET介绍及竞品分析

电子发烧友网报道（文/李诚）工业4.0时代及电动汽车快速的普及，工业电源、高压充电器对功率器件开关损耗、功率密度等性能也随之提高，传统的Si-MosFet性能已被开发的接近顶峰，SiC MOSFET在开关频率、散热、耐压、功率密度方面优势更为凸显。
 
下文主要对国产SiC MOSFET进行介绍并与国外相近参数的主流产品相对比。
 
国产1700V SiC MOSFET 

 

（ P3M173K0K3 1700V SiC MOSFET 图片来源：派恩杰官网）

 
派恩杰2018年开始专注于第三代半导体SiC、GaN的功率器件的研究。公司成立半年后就研制出了首款650V GaN功率器件，在基于Gen3的技术上又推出了1200V SiC MOSFET，直至2021年派恩杰先后推出涵盖了650V、1200V、1700V的SiC MOSFET，填补了国内高压SiC MOSFET的空白市场。
 
P3M173K0K3是首款可国产化替代的1700V SiC MOSFET，此款SiC MOSFET最高耐压值为1700V，由于该功率器件的耐压值过高及内部结构的原因导致导通电阻相较于一般几百伏特的功率器件的导通电压较大，导通电压为3Ω，门级电压（动态）为－8V~19V、门级电压（静态）为－3V~15V，功耗为63W，额定电流为6A，工作温度为－55摄氏度～175摄氏度，能在较宽的温度区间内工作，可满足更多的工作场景。该SiC MOSFET多用于太阳能逆变器、电动汽车电池充电器、高压DCDC转换器、工业开关电源等。P3M173K0K采用 TO-247-3封装具体参数为16mm*21mm*5.2mm。
 

（派恩杰1700V系列SiC MOSFET 图片来源：派恩杰官网）

 
派恩杰1700V系列SiC MOSFET一共有4款产品，导通电阻在1Ω~3Ω，额定电流为4A~6A，Qg2.19nC~24.4nC。派恩杰推出1700V SiC MOSFET适合辅助电源设计，更能胜任在特别需要更高耐压以及雪崩等级的工业领域的设计要求，更快的开关速度，极小的开关损耗大幅降低了系统损耗，使得变换器高效化，同时可以通过高频化让电路中的磁性单元体积更小，重量更轻。极小的损耗加上更优异的热传导系数。进一步地简化了辅助电源的结构，减少了元器件和驱动设计的复杂度，从而大幅降低了辅助开关电源系统成本。

 
（GC2M0045170D 图片来源：国晶微官网）

 
无锡国晶微半导体是一家对第三代功率半导体、常规集成电路研发的企业，该公司现已研制出三个系列的SiC MOSFET，600V系列额定电流涵盖2A~100A，1200V系列额定电流涵盖2A~90A,1700V系列额定电流涵盖5A~80A。本期文章主要讲述1700V的高压SiC MOSFET，其他系列不进行赘述。
 
GC2M0045170D是一款1700V的SiC MOSFET，此款SiC MOSFET最高耐压值为1700V可应用于太阳能逆变器、电动汽车车载充电器、充电桩、轨道交通、工业电源等高压工作设备。该功率器件的导通电阻为45mΩ，相较于派恩杰3Ω的导通电阻更小，能够进一步地减小导通损耗。额定电流为72A，可在大功率设备上使用。门级电压为－10V~25V，功耗为520W，可在－40摄氏度到150摄氏度的温度环境下工作，与P3M173K0K3低温－50摄氏度相比少了10摄氏度，工作环境温度不如P3M173K0K3宽。GC2M0045170D采用TO-247-3封装，封装具体参数为16mm*21mm*5.2mm。
 
GC2M1000170D也是无锡国晶微半导体的1700V SiC MOSFET，此SiC MOSFET的导通电阻为1Ω，额定电流为5A，功耗为69W，可在－55℃~150℃的环境下正常工作，同样采用TO-247-3的封装。
 
1700V SiC MOSFET竞品
 

 
( ROHM 1700V SiC MOSFET 图片来源：ROHM官网 )

 
ROHM是全球知名半导体制造商，拥有SiC功率器件完整的生产链。据官网显示ROHM以额定电压区分，共有三个系列的产品，650V的有18件产品，1200V的有26件产品，1700V的有3件产品。从布局来看，ROHM主要还是注重650V和1200V的市场。
 
SCT2H12NZ是一款耐压值为1700V SiC MOSFET，多用于辅助电源开关、开关电源等设备中。该SiC MOSFET的导通电阻为1.15Ω，同时具有非常高的电流密度，集成了第二代高电压SiC功率MOSFET芯片，电流能够达到3.7A。门级电流－6V~22V，功耗为35W，工作温度为－55摄氏度到175摄氏度之间，SCT2H12NZ采用的是平面型结构，与650V和1200V产品采用的沟槽结构不同。此款SiC MOSFET具有低电阻、开关速度快，爬电距离长、驱动简单等特点。得益于芯片设计，这款器件的成本极具竞争力。其栅极结构非常简单，其封装也为降低成本进行了优化。此 SiC MOSFET采用的是 TO-3PFM，具体参数为16mm*21mm*5.2mm。
 

 
通过对以上参数的统计发现，在耐压强度相同的情况下，国产SiC MOSFET的导通电阻、功耗与ROHM相比还是有一定差距的，国产SiC MOSFET在这一方面还需要继续努力，毕竟导通电阻直接影响开关损耗，开关损耗随导通电阻增大而增大。在工作温度范围方面国晶微还是有些许不足。
 
总结
 
虽说国产高压SiC MOSFET与国际一流水平还是有着些许的差距，但国内厂商也在不断的探索开发，紧跟国际大厂的步伐，尽可能地缩小差距，相信国家政策的鼓励和功率器件厂商技术的不断突破下，总有一天会突出重围，造出令人刮目相看的产品。