SiC MOSFET的参数特性

碳化硅（SiC）MOSFET作为宽禁带半导体材料（WBG）的一种，具有许多优异的参数特性，这些特性使其在高压、高速、高温等应用中表现出色。本文将详细探讨SiC MOSFET的主要参数特性，并通过对比硅基MOSFET和IGBT，阐述其技术优势和应用领域。

一、SiC MOSFET的基本参数特性

阈值电压（Vth）

SiC MOSFET的阈值电压是指MOSFET开启的电压。随着Vth的增加，MOSFET的开关速度会变慢。SiC MOSFET的开启电压通常较高，且为了获得更好的性能，推荐使用较高的驱动电压（如18V～20V）。高阈值电压也意味着SiC MOSFET对误触发的耐性与IGBT相当。

导通电阻（Rdson）

Rdson是MOSFET在线性区域内的电阻。Rdson与MOSFET的尺寸和结构有关，Rdson越小，MOSFET的效率就越高。SiC MOSFET的导通电阻随温度变化率较小，高温情况下导通阻抗很低，能在恶劣环境下良好工作。随着门极电压（Vgs）的升高，导通电阻越小，表现更接近于压控电阻。

最大漏电流（Idmax）

最大漏电流是指MOSFET在最大允许温度下能承受的最大漏电流。此参数限制了MOSFET在特定条件下的最大电流承载能力。

最大额定电压（Vdss）

SiC MOSFET能够承受的最大电压远高于硅基器件。SiC的绝缘击穿场强是硅的10倍，因此能够承受更高的电压，通常适用于650V至1.7kV的电压范围，主要集中在1.2kV及以上。

开关速度（switching speed）

SiC MOSFET具有较快的开关速度，这得益于其较低的结电容和较高的热导率。快速的开关速度使得SiC MOSFET适用于高频开关应用，有助于减小滤波器等无源器件的尺寸，提高功率密度。

热导率

SiC的热导率高出硅3倍以上，对于给定的功耗，较高的热导率将转化为较低的温升，从而提高器件的可靠性。商用SiC MOSFET的最高保证工作温度为150°C < Tj < 200°C，但其结温最高可以达到600°C，主要受键合和封装技术的限制。

跨导（gm）

SiC MOSFET的跨导较低，这意味着其输出-输入增益较低。为了弥补低增益并强制大幅改变漏极电流（ID），需要施加非常大的栅极-源极电压（VGS）。

二、SiC MOSFET相对于硅基MOSFET及IGBT的优势

高工作频率

传统MOSFET工作频率在60KHZ左右，而碳化硅MOSFET在1MHZ，甚至更高。高频工作可以减小电源系统中电容以及电感或变压器的体积，降低电源成本，让电源实现小型化、美观化。

低导通阻抗

碳化硅MOSFET单管最小内阻可以达到几个毫欧，这对于传统的MOSFET看来是不可想象的。市场量产碳化硅MOSFET最低内阻在16毫欧。低导通阻抗可以轻松达到能效要求，减少散热片使用，降低电源体积和重量，电源温度更低，可靠性更高。

耐压高

碳化硅MOSFET目前量产的耐压可达3300V，最高耐压6500V，而一般硅基MOSFET和IGBT常见耐压耐压900V-1200V。高耐压特性使得SiC MOSFET适用于高压应用场景。

耐高温

碳化硅MOSFET芯片结温可达300度，可靠性和稳定性大大高于硅基MOSFET。高温稳定性使得SiC MOSFET在高温环境下也能保持优异性能。

三、SiC MOSFET的综合特性分析

结构与特征

SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，不需要进行电导率调制就能够以高频器件结构的MOSFET实现高耐压和低阻抗。而且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC MOSFET替代IGBT时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。

导通电阻与门极电压

SiC MOSFET的导通电阻随门极电压的升高而降低。为了充分发挥SiC的低导通电阻性能，推荐使用较高的门极电压（如18V左右）。在较低的Vgs下，导通电阻与结温特性呈现抛物线形状，而在较高的Vgs下，导通电阻具有明显的PTC特性。

开关损耗

SiC MOSFET的最大特点是原理上不会产生如IGBT中经常见到的尾电流。因此，与IGBT相比，SiC MOSFET的关断损耗（Eoff）可以减少约90%，有利于电路的节能和散热设备的简化、小型化。

体二极管特性

SiC MOSFET体内存在因PN结而形成的体二极管（寄生二极管）。由于SiC的带隙是Si的3倍，所以SiC MOSFET的PN二极管的开启电压较高，正向压降（Vf）也比较高。然而，SiC MOSFET的体二极管具有超快速恢复性能，可以减小开关损耗和噪音。

四、SiC MOSFET的应用领域

充电桩电源模块

随着新能源汽车800V平台的出现，主流充电模块也从之前主流的15、20kW向30、40kW发展，输出电压范围300Vdc-1000Vdc，并且具备双向充电功能。SiC MOSFET凭借其高压高效、贴片封装体积小等优势，成为充电桩电源模块的首选器件。

光伏逆变器

在光伏逆变器中，SiC MOSFET的应用可以显著提高逆变器的效率和可靠性。通过减小开关损耗和散热部件的尺寸，SiC MOSFET有助于降低光伏逆变器的成本和提高其性能。

光储一体机

光储一体机采用电力电子控制技术，通过智能控制实现能量转移和协调控制光伏与储能电池。SiC MOSFET在光储一体机中的应用可以减小磁性元器件的体积和重量，提高效率和功率密度。

新能源汽车空调

随着800V平台在新能源汽车上的兴起，在汽车空调压缩机控制器方案中，SiC MOSFET凭借其高压高效、贴片封装体积小等优势，成为市场首选。

大功率OBC

三相OBC电路中SiC MOSFET应用更高的开关频率，可以减小磁性元器件体积和重量，提高效率和功率密度。同时，高系统母线电压可以大大减少功率器件数量，便于电路设计，提高可靠性。

五、结论

SiC MOSFET以其优异的参数特性和技术优势，在高压、高速、高温等应用中表现出色。通过对比硅基MOSFET和IGBT，可以看出SiC MOSFET在工作效率、体积、重量、可靠性等方面具有显著优势。在充电桩电源模块、光伏逆变器、光储一体机、新能源汽车空调以及大功率OBC等领域，SiC MOSFET的应用将推动相关产业的升级和发展。随着技术的不断进步和成本的降低，SiC MOSFET有望在更多领域得到广泛应用，为电力电子系统的高效、小型化和轻量化提供有力支持。