碳化硅 (SiC) FET 推动电力电子技术发展

甲碳化硅（SiC） JFET是一结基于常导通晶体管类型，它提供了最低的导通电阻R DS（ON）的每单位面积和是一个强大的设备。与传统 MOSFET 器件相比，JFET 不太容易发生故障，并且适合断路器和限流应用。例如，如果您用 1 mA 电流偏置 JFET 的栅极，并监控栅极电压 Vgs，请参见图 1，您可以跟踪器件的温度，因为 Vgs 随温度线性下降。此属性对于需要功率 FET (SiC JFET) 来监控自身健康状况的功率模块应用特别有用。

图 1：来自 UnitedSiC（来源 UnitedSiC）的 SIC JFET 和 SiC 共源共栅排列 FET

对于需要常断设备，我们已经开发出一种电力电子应用的SiC在级联配置-见图1。在共源共栅结构中，功率MOSFET堆叠在JFET的顶部，并且被封装在一起为一个非常低的热阻。MOSFET 具有 +/- 20 V 栅极额定值、ESD 保护和 5 V 阈值，使其成为 12 V 栅极驱动应用的理想选择。

我们开发的 650 V – 1,200 V SiC 器件有许多潜在的应用领域，从汽车到可再生能源。见图 2。

图 2：主要应用领域和 SiC FET 的优势（来源 UnitedSiC）

Power conversion, circuit protection, and motor drives are all popular use cases for power FETS, and our SiC FETs deliver several benefits. One feature common to many of the applications mentioned is that the gate drive characteristics are compatible with some other devices such as MOSFETs and IGBTs, making them easy to design into existing developments. SiC JFETs are more robust than SiC MOSFETS for long and repetitive short-circuit cycles, and the sinter process technology used achieves a low thermal resistance, which for some liquid-cooled designs, such as automotive, is very beneficial.

对于太阳能逆变器和储能等可再生能源设备，我们的 SiC 器件具有极低的RDS(on)特性，可将散热量保持在最低水平。从电路保护的角度来看，低 R DS(on)也使得 SiC JFET 的使用与低接触电阻继电器和接触器相比具有很强的竞争力。

与其他类似部件相比，我们的 SiC FET 即使在 MOSFET 共源共栅布置中也能提供业界最低的 R DS(on)规格——见图 3。650 V 器件仅为 7 mΩ，1,200 V 部件为 9 mΩ。

图 3：具有最低 R DS(on)的 UnitedSiC SiC 器件的行业比较（来源 UnitedSiC）

我们的 SiC FET 器件易于并联，因为 RDS(on) 随温度稳定增加，但增加幅度远低于同类硅器件。例如，在图 4（左图）中，7 mΩ 650 V 部分 RDS(on) 在 150 °C 时仍低于 10 mΩ。

图 4：导通电阻与温度比较（来源 UnitedSiC）

UnitedSiC FET 系列可以并联在一起，安装在液冷散热器上，并以更高的频率驱动，这些都是过去会选择 IGBT 的各种电力电子应用的重要规格参数。此外，我们的 SiC 器件不会出现拐点电压，采用了出色的体二极管，并且足够坚固，可以承受重复短路。在没有拐点电压的情况下，这些设备即使在中等负载下也能以非常高的效率运行。

使用共源共栅技术安排，我们已经能够将大多数封装尺寸的最低导通电阻 FET 推向市场。例如，我们的 UF3SC065030D8S 和 xx40D8S SiC FET 采用 DFN8x8 封装，在 25°C 时的R DS(on)分别为 34 mΩ 和 45 mΩ。即使在高温下，电阻也不会显着增加，与其他可用的硅和 GaN 器件相比，电阻提高了 2 到 3 倍。此外，这两种器件都具有相对较低的电容值，进一步有助于电源转换电路设计。

常开 JFET 可用于简化反激式转换器的设计。凭借我们紧凑、极低导通电阻 650 V 至 1,700 V JFET，它们可用于启动反激电路 - 参见图 5。在启动时，电流流过初级绕组、JFET Q2、二极管 D2、电阻R1为电容C1充电，为控制IC供电。一旦 C1 上的电压超过控制 IC 的欠压锁定，连接到控制 IC 的 MOSFET Q1 就会开始开关。Q1/Q2 组合现在作为常断级联共栅。

图 5：MOSFET、反激式转换器 IC 和 JFET 的创新封装，以生产复杂的高性能转换器（来源 UnitedSiC）

通过将控制 IC 和 MOSFET Q1 封装到单个 IC 中，然后将 JFET Q1 与其共同封装，可产生紧凑、高性能、高性价比的反激式解决方案。此外，使用 SiC 器件可使反激转换器以高达 3 倍的更高频率运行，从而减小变压器和电感器的物理尺寸，进一步缩小转换器占用空间。这种设计方法可以使用 1,700 V JFET 在高达 1,000 V 的标称 400 V 总线电压下工作。无数的电源设计，从智能手机充电器到工业电源，都可以用这种方式构建。

UnitedSiC 是创新碳化硅 FET 器件 (SiC JFET) 的领导者，可为功率转换、电路保护和电机驱动应用提供最高水平的功率效率和最低的导通电阻。

审核编辑 黄昊宇