剖析SiC-MOSFET特征及其与Si-MOSFET的区别 2

与IGBT的区别：导通损耗特性

接下来看开关导通时的损耗。

IGBT在开关导通时，流过Ic（蓝色曲线）用红色虚线圈起来部分的电流。这多半是二极管的恢复电流带来的，是开关导通时的一大损耗。请记住：在并联使用SiC-SBC时，加上恢复特性的快速性，MOSFET开关导通时的损耗减少；FRD成对时的开关导通损耗与IGBT的尾电流一样随温度升高而增加。

总之，关于开关损耗特性可以明确的是：SiC-MOSFET优于IGBT。

另外，这里提供的数据是在ROHM试验环境下的结果。驱动电路等条件不同，结果也可能不同。

四、体二极管的特性

上一章介绍了与IGBT的区别。本章将对SiC-MOSFET的体二极管的正向特性与反向恢复特性进行说明。

如图所示，MOSFET（不局限于SiC-MOSFET）在漏极-源极间存在体二极管。从MOSFET的结构上讲，体二极管是由源极-漏极间的pn结形成的，也被称为“寄生二极管”或“内部二极管”。对于MOSFET来说，体二极管的性能是重要的参数之一，在应用中使用时，其性能发挥着至关重要的作用。

五、SiC-MOSFET体二极管的正向特性

下图表示SiC-MOSFET的Vds-Id特性。在SiC-MOSFET中，以源极为基准向漏极施加负电压，体二极管为正向偏置状态。该图中Vgs＝0V的绿色曲线基本上表示体二极管的Vf特性。Vgs为0V即MOSFET在关断状态下，没有通道电流，因此该条件下的Vd-Id特性可以说是体二极管的Vf-If特性。如“何谓碳化硅”中提到的，SiC的带隙更宽，Vf比Si-MOSFET大得多。

而在给栅极-源极间施加18V电压、SiC-MOSFET导通的条件下，电阻更小的通道部分（而非体二极管部分）流过的电流占支配低位。为方便从结构角度理解各种状态，下面还给出了MOSFET的截面图。

六、SiC-MOSFET体二极管的反向恢复特性

MOSFET体二极管的另一个重要特性是反向恢复时间（trr）。trr是二极管开关特性相关的重要参数这一点在SiC肖特基势垒二极管一文中也已说明过。不言而喻，MOSFET的体二极管是具有pn结的二极管，因而存在反向恢复现象，其特性表现为反向恢复时间（trr）。下面是1000V耐压的Si-MOSFET和SiC-MOSFET SCT2080KE的trr特性比较。

如图所示，示例的Si-MOSFET的trr较慢，流过较大的Irr。而SiC-MOSFET SCT2080KE的体二极管速度则非常快。trr、Irr均为几乎可忽略的水平，恢复损耗Err已经大幅降低。

七、SiC-MOSFET的应用实例

本章将介绍部分SiC-MOSFET的应用实例。其中也包括一些以前的信息和原型级别的内容，总之希望通过这些介绍能帮助大家认识采用SiC-MOSFET的好处以及可实现的新功能。另外，除了SiC-MOSFET，还可以从这里了解SiC-SBD、全SiC模块的应用实例。

SiC-MOSFET应用实例1：移相DC/DC转换器

下面是演示机，是与功率Power Assist Technology Ltd.联合制作的。

全桥式逆变器部分使用了3种晶体管（Si IGBT、第二代SiC-MOSFET、上一章介绍的第三代沟槽结构SiC-MOSFET），组成相同尺寸的移相DCDC转换器，就是用来比较各产品效率的演示机。

首先，在SiC-MOSFET的组成中，发挥了开关性能的优势实现了Si IGBT很难实现的100kHz高频工作和功率提升。另外，第二代（2G）SiC-MOSFET中，由2个晶体管并联组成了1个开关，但由于第三代（3G）SiC-MOSFET导通电阻更低，晶体管数得以从8个减少到4个。关于效率，采用第三代（3G）SiC-MOSFET时的结果最理想，无论哪种SiC-MOSFET的效率均超过Si IGBT。

SiC-MOSFET应用实例2：脉冲电源

脉冲电源是在短时间内瞬时供电的系统，应用例有气体激光器、加速器、X射线、等离子电源等。作为现有的解决方案有晶闸管等真空管和Si开关，但市场需要更高耐压更高速的开关。

针对这种市场需求，利用SiC的高耐压和高速性能，实现了超高电压高速开关。从高速性的角度看这是Si IGBT很难实现的。下例是与福岛SiC应用技研株式会社、株式会社京都New-Tronics、国立研究开发法人科学技术振兴机构合作开发，在CEATEC 2014、TECHNO-FRONTIER2015展出的产品。

超高压脉冲电源：

特征:(1)超高耐压为N通道 SiC MOSFET;(2)低导通电阻（以往产品的1/100以下）;(3)高重复频率。

应用案例：(1)荷电粒子加速器；(2)医疗用设备电源；(3)等离子发生器。

1～10kV随机脉冲发生器：13.2kV SiC开关

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