沟槽当道，平面型SiC MOSFET尚能饭否？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）最近，安森美发布了第二代1200V SiC MOSFET产品。安森美在前代SiC MOSFET产品中，采用M1及其衍生的M2技术平台，而这次发布的第二代1200V SiC MOSFET，安森美称其为M3S。
 
M3S产品导通电阻规格分为13/22/30/40/70mΩ，适配TO247−3L/4L和D2PAK−7L分立封装。
 
据官方介绍，S代表开关，M3S系列专注于提高开关性能，相比于第一代1200V碳化硅MOSFET，除了降低特定电阻RSP (即RDS(ON)*Area) ，还针对工业电源系统中的高功率应用进行了优化，如太阳能逆变器、ESS、UPS 和电动汽车充电桩等。
 
延续平面型结构，针对不同应用采用两种设计
 
安森美在第一代SiC MOSFET上采用了平面设计，包括了M1和后续从M1衍生出的M2平台，涵盖750V、900V、1200V的耐压规格。在M1平台上，安森美的SiC MOSFET采用Square Cell结构、M2平台采用Hex-cell结构。
 
第一代SiC MOSFET产品上，安森美没有为一些特定领域进行特殊设计，主要面向的是通用市场。而第二代产品中，安森美除了将M3的工艺平台迭代至strip-cell，还为不同的应用需求，设计了两种技术方案，分别是T设计和S设计。
 
其中T设计主要针对逆变器，因此需要更低的RDS(ON)和更好的短路能力，而不是更快的开关速度。S设计对高开关性能进行了优化，因此设计具有较低的QG(TOT) 和较高的di/dt和dv/dt，从而降低开关损耗。
 
基于M3平台的strip-cell结构，安森美第二代SiC MOSFET 在导通电阻、开关损耗、反向恢复损耗以及短路时间等关键性能指标上均为业界领先水平，同时实现最优的成本。不过目前安森美M1到M3平台均为平面型设计，下一代M4将会升级为沟槽结构，降低SiC MOSFET芯片面积的同时，成本也将显著得到优化。
 
实现导通损耗和开关损耗之间的平衡
 
从参数来看，安森美M3S平台的第二代SiC MOSFET相比第一代，主要是在导通损耗和开关损耗之间实现更好的平衡。
 
根据安森美的实测数据，首先在导通电阻RDS(ON)方面，一代产品的导通电阻随温度升高而升高的幅度较小，在导通损耗上，实际上一代产品是要优于二代产品的。但是在高开关频率下运行的应用中，导通在损耗中的比例相对较低，反而是受沟道电阻的影响，与第二代相比，第一代需要更高的正栅极偏置（VGS）才能完全导通，这就需要在驱动电路上进行额外的设计。因此，第二代的M3S更适合快速的开关应用。
 
导通和开关损耗在系统中是很关键的参数，特别对于高开关频率拓扑的应用。在相同条件的双脉冲测试电路中，二代相比一代实现了开关性能的大幅提升，开关损耗降低了40%，导通损耗降低了20-30%，总开关损耗比一代降低了34%。
 
总体来看，M3S整体的设计都趋向高频开关应用，相比上一代更加着重于导通损耗和开关损耗之间的平衡，在工业自动化、储能、充电桩、电动汽车OBC/DC-DC等领域都会有较好的应用效果。