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傾佳電子SiC碳化硅MOSFET開關(guān)行為深度研究與波形解析

楊茜 ? 來源:jf_33411244 ? 作者:jf_33411244 ? 2025-09-01 11:32 ? 次閱讀
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傾佳電子SiC碳化硅MOSFET開關(guān)行為深度研究與波形解析

傾佳電子(Changer Tech)是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。主要服務(wù)于中國工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向,并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。

傾佳電子楊茜致力于推動國產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進口IGBT模塊,助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級!

傾佳電子楊茜咬住SiC碳化硅MOSFET功率器件三個必然,勇立功率半導(dǎo)體器件變革潮頭:

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第一章:緒論:SiC MOSFET開關(guān)行為的獨特挑戰(zhàn)與研究意義

1.1 寬禁帶半導(dǎo)體SiC的性能優(yōu)勢與應(yīng)用前景

碳化硅(SiC)作為第三代寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料的代表,其卓越的物理特性使其在電力電子領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。與傳統(tǒng)的硅(Si)材料相比,SiC具有約3.26 eV的寬禁帶寬度(幾乎是Si的3倍),這使得將電子從價帶移動到導(dǎo)帶需要更大的能量,從而賦予了材料在高溫下出色的性能表現(xiàn) 。此外,SiC的電擊穿場強度是Si的10倍,熱導(dǎo)率更是其3倍 。這些內(nèi)在的物理優(yōu)勢直接轉(zhuǎn)化為器件層面的優(yōu)越性能:SiC MOSFET能夠承受更高的擊穿電壓,實現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻,支持更高的開關(guān)頻率,并能在高達200°C的結(jié)溫下可靠工作 。

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這些顯著的性能提升使得SiC MOSFET成為下一代高壓高頻功率變換器的理想選擇,廣泛應(yīng)用于電動汽車、充電樁、可再生能源并網(wǎng)、工業(yè)電機驅(qū)動等關(guān)鍵領(lǐng)域 。通過用SiC MOSFET替代傳統(tǒng)的硅基IGBT,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的效率提升和功率密度增加,例如在某2kVA單相逆變器中,總損耗可降低約41% 。這種效率的提升不僅直接減少了能量浪費,同時也簡化了系統(tǒng)的熱管理設(shè)計,甚至可以減小散熱器的尺寸和重量,從而降低整體系統(tǒng)的體積和成本 。

1.2 SiC MOSFET高速開關(guān)行為的非理想特性:挑戰(zhàn)與機遇

盡管SiC MOSFET具有諸多優(yōu)勢,其極高的開關(guān)速度也帶來了特有的挑戰(zhàn)。在開關(guān)瞬態(tài)過程中,極高的電流變化率 di/dt 和電壓變化率 dV/dt 作用于電路中不可避免的寄生參數(shù)(如雜散電感和電容),會引發(fā)一系列非理想行為,包括電壓過沖、電流尖峰和電壓/電流振蕩 。這些現(xiàn)象不僅增加了器件的電氣應(yīng)力,可能導(dǎo)致?lián)p耗增加甚至器件損壞,而且產(chǎn)生的開關(guān)振蕩會加劇系統(tǒng)的電磁干擾(EMI),限制其開關(guān)頻率的進一步提升 。

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因此,對SiC MOSFET的開關(guān)行為進行深入研究,并掌握如何通過波形分析診斷和解決這些非理想問題,對于充分發(fā)揮其性能潛力至關(guān)重要 。分析波形本質(zhì)上是揭示能量在寄生電感和電容之間傳遞和轉(zhuǎn)換的物理過程。高速開關(guān)帶來的高 di/dt 和 dV/dt 使得即使是微小的寄生參數(shù)也會產(chǎn)生顯著的感應(yīng)電壓(VL?=L?di/dt)和位移電流(IC?=C?dV/dt),這些感應(yīng)量在回路中產(chǎn)生諧振,最終表現(xiàn)為波形上的過沖和振鈴 。

1.3 報告結(jié)構(gòu)與核心研究問題

本報告旨在提供一份專家級的技術(shù)分析,系統(tǒng)地探討SiC MOSFET的開關(guān)行為,并指導(dǎo)如何通過波形分析進行設(shè)計優(yōu)化。報告將從以下幾個核心維度展開:首先,深入解析導(dǎo)通與關(guān)斷瞬態(tài)過程中各階段的物理機制,并闡明雙脈沖測試(DPT)作為標準分析工具的應(yīng)用 。其次,詳細剖析寄生電感和寄生電容等非理想?yún)?shù)對波形失真的影響機理 。隨后,提供柵極驅(qū)動PCB布局方面的設(shè)計實踐建議,以調(diào)控和優(yōu)化開關(guān)性能 。最后,將SiC MOSFET與其他主流功率器件進行特性對比,并分析溫度等環(huán)境因素對開關(guān)行為的復(fù)雜影響 。

第二章:SiC MOSFET開關(guān)瞬態(tài)過程與波形特征的物理分析

2.1 理論基礎(chǔ):等效電路模型與寄生參數(shù)

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對SiC MOSFET開關(guān)行為的分析始于其等效電路模型。除了核心的MOSFET開關(guān)管本身,該模型還必須考慮三個關(guān)鍵的內(nèi)部寄生電容(柵源電容 CGS?、柵漏電容 CGD? 和漏源電容 CDS?)以及三個外部雜散電感(柵極驅(qū)動回路寄生電感 LG?、源極引腳寄生電感 LS? 和主換流回路雜散電感 Ld?)。這些寄生參數(shù)在高速開關(guān)過程中扮演了決定性的角色。例如,柵極寄生電感 LG? 會與MOSFET的輸入電容 CISS?(=CGS?+CGD?) 發(fā)生諧振,其阻尼特性由柵極電阻 RG? 決定 。這種物理上的RLC諧振回路是柵極電壓振鈴的根本原因。值得注意的是,由于SiC能夠?qū)崿F(xiàn)極高的開關(guān)速度,即使是幾厘米的導(dǎo)線長度所產(chǎn)生的微小雜散電感和電容,其影響也可能非常顯著,遠超傳統(tǒng)硅器件 。

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2.2 導(dǎo)通瞬態(tài)(Turn-On)波形解析:一個分階段的物理旅程

SiC MOSFET的導(dǎo)通瞬態(tài)過程可清晰地劃分為四個階段,通過對柵極電壓 (VGS?)、漏源電壓 (VDS?)、漏極電流 (ID?) 和續(xù)流二極管電流 (IF?) 波形進行同步分析,可以深入理解每個階段的物理機制 。

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階段一:導(dǎo)通延遲(td(on)?) 在這一階段,柵極驅(qū)動信號開始上升,柵極電流 IG? 對 CGS? 和 CGD? 進行充電。柵源電壓 VGS? 呈指數(shù)級上升,直至達到器件的閾值電壓 Vth?。在此期間,MOSFET仍處于關(guān)斷狀態(tài),因此漏極電流 ID? 和漏源電壓 VDS? 幾乎沒有變化 。

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階段二:電流上升與米勒平臺 當(dāng) VGS? 超過 Vth? 后,MOSFET進入導(dǎo)通狀態(tài),漏極電流 ID? 開始上升。同時,流過續(xù)流二極管的電流 IF? 開始下降 。由于跨越柵漏電容

CGD? 的電壓 VGD? (即 VGS??VDS?) 發(fā)生變化,柵極驅(qū)動電流的一部分將用于對 CGD? 充電。這導(dǎo)致 VGS? 的上升速率顯著減緩,形成著名的“米勒平臺” 。在這一階段,漏極電流 ID? 持續(xù)上升,而 VDS? 則因負載電感上的壓降而開始緩慢下降 。米勒平臺的持續(xù)時間和斜率是衡量開關(guān)速度和損耗的關(guān)鍵指標。

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階段三:電壓下降與關(guān)斷二極管的反向恢復(fù) 當(dāng)漏極電流 ID? 上升至負載電流 IDD? 的水平時,二極管電流 IF? 降至零 。此時,漏源電壓

VDS? 開始快速下降,直至達到其導(dǎo)通狀態(tài)電壓 VDS(on)?。與IGBT不同,SiC MOSFET不產(chǎn)生拖尾電流 。此外,如果系統(tǒng)中使用了SiC肖特基二極管(SBD)作為續(xù)流二極管,其接近零的反向恢復(fù)時間( trr?)意味著反向恢復(fù)電流極小,從而顯著減少了開通損耗和EMI 。

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階段四:電流振鈴 在電壓下降階段之后,由于主換流回路的雜散電感與器件的寄生電容之間存在諧振,漏極電流 ID? 和漏源電壓 VDS? 可能會出現(xiàn)振蕩。這種振蕩是能量在寄生電感和電容之間來回傳遞的物理體現(xiàn),并最終被電路中的雜散電阻所耗散 。

2.3 關(guān)斷瞬態(tài)(Turn-Off)波形解析:從導(dǎo)通到截止的逆向過程

SiC MOSFET的關(guān)斷過程本質(zhì)上是導(dǎo)通過程的逆向。在柵極驅(qū)動信號開始下降后, VGS? 將下降到米勒平臺電壓,此后,柵極驅(qū)動電流反向,對 CGD? 放電,使得 VDS? 開始上升,而 ID? 則保持不變 。當(dāng) VDS? 上升至母線電壓后,MOSFET進入關(guān)斷狀態(tài), ID? 快速下降至零 。

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SiC MOSFET與Si IGBT在關(guān)斷過程中的波形差異是其核心優(yōu)勢所在。Si IGBT由于其內(nèi)部的少數(shù)載流子傳導(dǎo)機制,在關(guān)斷時會產(chǎn)生所謂的“拖尾電流”,即在柵極信號關(guān)斷后,電流仍需相當(dāng)長的時間才能完全降至零 。這導(dǎo)致了IGBT在關(guān)斷期間產(chǎn)生巨大的能量損耗 。相比之下,SiC MOSFET是單極性器件,沒有少數(shù)載流子效應(yīng),因此關(guān)斷時不存在拖尾電流,其漏極電流 ID? 能夠迅速下降,從而極大地降低了關(guān)斷損耗 。在某項實驗中,SiC MOSFET的關(guān)斷損耗比IGBT降低了約78% 。

2.4 雙脈沖測試(DPT)在波形分析中的應(yīng)用

雙脈沖測試(DPT)是評估和表征SiC MOSFET動態(tài)性能(包括開關(guān)損耗、開關(guān)速度和過沖)的行業(yè)標準方法 。該測試通過施加兩個脈沖信號,精確控制器件的導(dǎo)通和關(guān)斷,并利用示波器同步測量其電壓和電流波形。通過分析這些波形,工程師可以提取和計算出所有的動態(tài)性能指標 。

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DPT不僅用于量化損耗,更是診斷設(shè)計問題的關(guān)鍵工具。例如,在實際測量中,測試平臺和探針的寄生參數(shù)會顯著增加測量到的電感值。為了獲得準確的器件雜散電感,必須進行補償測量,即移除器件后僅測量基板的電感,然后從原始測量值中減去這一補償值 。這突顯了在高速開關(guān)測試中,對寄生效應(yīng)的深刻理解是進行準確測量和分析的前提。

第三章:非理想效應(yīng):寄生參數(shù)、過沖與振鈴的深層機理

3.1 換流回路雜散電感(Ld?)的影響:電壓過沖與振蕩

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主換流回路的雜散電感(Ld?)是導(dǎo)致開關(guān)波形畸變的主要根源。在開通或關(guān)斷瞬態(tài)過程中,漏極電流 ID? 會以極高的 di/dt 速率變化。當(dāng)電流流經(jīng) Ld? 時,會產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓 VLd?=?Ld??di/dt。這個感應(yīng)電壓會疊加在漏源電壓 VDS? 上,導(dǎo)致 VDS? 在關(guān)斷時出現(xiàn)超過母線電壓的過沖,并在導(dǎo)通時出現(xiàn)暫態(tài)振蕩 。由于SiC器件能夠?qū)崿F(xiàn)更快的開關(guān)速度,其 di/dt 遠高于Si器件,因此其電壓過沖也通常高得多 。這種過沖會增加器件的電氣應(yīng)力,如果超過額定擊穿電壓,可能導(dǎo)致器件損壞 。

過沖和振蕩本質(zhì)上是雜散電感 Ld? 與器件的寄生輸出電容 COSS? 之間形成RLC諧振回路的結(jié)果 。這種能量在電感和電容之間來回傳遞的諧振,不僅增加了開關(guān)損耗,也產(chǎn)生了嚴重的高頻電磁干擾(EMI),這會限制系統(tǒng)的最高開關(guān)頻率,并可能導(dǎo)致EMI測試不合格 。因此,最大限度地減小換流回路面積,從而降低雜散電感,是優(yōu)化SiC功率變換器設(shè)計的首要任務(wù) 。

3.2 柵極驅(qū)動回路寄生電感(LG?)的影響:柵源振鈴與誤導(dǎo)通

柵極驅(qū)動回路中的寄生電感 LG? 同樣會對開關(guān)波形產(chǎn)生負面影響。它與MOSFET的輸入電容 CISS? 構(gòu)成一個諧振回路,導(dǎo)致柵源電壓 VGS? 在開關(guān)瞬間出現(xiàn)振鈴 。在半橋拓撲中,這種振鈴尤為危險。當(dāng)對側(cè)開關(guān)(例如上管)快速關(guān)斷時,其高 dV/dt 會通過米勒電容 CGD? 在下管的柵極驅(qū)動回路中感應(yīng)出一個電流。該電流在柵極寄生電感 LG? 上產(chǎn)生感應(yīng)電壓,可能導(dǎo)致下管的 VGS? 被拉高,甚至超過閾值電壓 Vth?,從而引起器件的“部分導(dǎo)通”或“誤導(dǎo)通”現(xiàn)象 。如果上下管同時部分導(dǎo)通,可能導(dǎo)致災(zāi)難性的“直通”(Shoot-through)故障,造成器件永久性損壞 。

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為了解決這個問題,柵極驅(qū)動回路必須進行優(yōu)化。一個重要的考慮因素是負柵極偏壓 。與0V關(guān)斷相比,提供負柵極偏壓(如-3V)可以為

VGS? 尖峰提供更大的裕度,從而有效防止誤導(dǎo)通 。此外,米勒鉗位等有源柵極驅(qū)動技術(shù)也能在 VGS? 下降到特定閾值以下時,快速將柵極電壓拉低,從而有效抑制柵極振鈴和部分導(dǎo)通電流 。

3.3 源極雜散電感(LS?)的共模影響:減緩開關(guān)速度與增加損耗

源極雜散電感 LS? 是一個獨特的寄生參數(shù),因為它對柵極驅(qū)動回路和主功率回路都產(chǎn)生了影響 。在MOSFET的導(dǎo)通過程中,主回路電流

ID? 流經(jīng) LS? 時,會產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓 VLS?=LS??di/dt。這個電壓與柵極驅(qū)動信號的電壓極性相反,因此會降低實際作用于柵源極的有效電壓 VGS,eff?=Vdrive??VLS? 。這種負反饋效應(yīng)會減緩柵極電壓的上升速率,從而降低開關(guān)速度并增加導(dǎo)通損耗 。

為了消除 LS? 的這種負面影響,業(yè)界普遍采用“開爾文源”(Kelvin Source)連接方式 。這種封裝技術(shù)為柵極驅(qū)動信號提供一個獨立的返回路徑,使其與主功率電流的返回路徑分離。通過將柵極驅(qū)動器連接到獨立的開爾文源引腳,可以確保實際作用于柵源極的電壓不受主回路電流 di/dt 的影響,從而最大限度地發(fā)揮SiC器件的高速開關(guān)能力 。

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寄生參數(shù) 主要影響的波形 物理機制 典型危害
主換流回路雜散電感 Ld? 漏源電壓 VDS? 過沖與振蕩 高 di/dt 在 Ld? 上產(chǎn)生感應(yīng)電壓與寄生電容 COSS? 諧振 過高電氣應(yīng)力、器件損壞、嚴重EMI
柵極驅(qū)動回路寄生電感 LG? 柵源電壓 VGS? 振鈴 LG? 與 CISS? 諧振,對管 dV/dt 引起串?dāng)_ 誤導(dǎo)通、直通故障、降低可靠性
源極雜散電感 LS? 柵源電壓 VGS? 有效值降低,開關(guān)速度減緩 主回路 ID? 的 di/dt 在 LS? 上產(chǎn)生負反饋電壓 增加開關(guān)損耗、降低系統(tǒng)效率

第四章:調(diào)控與優(yōu)化:柵極驅(qū)動和PCB布局的設(shè)計實踐

4.1 柵極驅(qū)動的藝術(shù):從DC偏置到動態(tài)調(diào)控

柵極驅(qū)動器是控制SiC MOSFET開關(guān)性能的“核心”。其設(shè)計直接決定了 di/dt 和 dV/dt 的速率,進而影響開關(guān)損耗、過沖、振鈴和EMI。

柵極電阻(RG?)的選擇:RG? 是最直接的開關(guān)速度調(diào)節(jié)手段。減小 RG? 可以加快柵極電容的充放電,從而加快開關(guān)速度并降低開關(guān)損耗 。然而,這也會導(dǎo)致更高的 di/dt 和 dV/dt,加劇過沖和振鈴 。因此, RG? 的選擇是一個典型的設(shè)計權(quán)衡問題。為了獨立優(yōu)化導(dǎo)通和關(guān)斷過程,通常會使用獨立的導(dǎo)通電阻 RG(on)? 和關(guān)斷電阻 RG(off)?。

負柵極偏壓與米勒鉗位:為了確保在關(guān)斷時器件的可靠性,通常建議使用負柵極偏壓(如-4V到0V) 。這為由米勒效應(yīng)引起的

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VGS? 尖峰提供了足夠的裕度,有效避免了誤導(dǎo)通 。對于一些成本或空間受限的應(yīng)用,0V關(guān)斷是可行的,但需要采取其他補償措施,例如使用更小的 RG(off)? 和米勒鉗位 。米勒鉗位是一種有源技術(shù),它能在 VGS? 下降至特定閾值后,快速地將柵極電壓拉至0V或負值,從而有效地抑制柵極振鈴并防止部分導(dǎo)通 。

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4.2 終極方案:PCB布局的黃金法則

“最好的解決方案是布局”。即使使用最先進的器件和驅(qū)動器,糟糕的PCB布局也會抵消所有性能優(yōu)勢 。為了最大限度地減小寄生效應(yīng),必須遵循以下黃金法則:

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高頻回路的最小化設(shè)計:這是減少雜散電感的根本。高頻(高 di/dt)回路包括從直流母線電容到MOSFET、再到負載的電流路徑 。通過將高頻去耦電容緊密放置在器件附近,并利用多層PCB設(shè)計,可以顯著減小回路面積。例如,可以使用內(nèi)層作為電流的返回路徑,從而形成一個非常小的垂直高頻回路,其電感遠低于傳統(tǒng)的水平回路 。

Kelvin源連接:在第三章中已論述,源極雜散電感 LS? 是導(dǎo)致開關(guān)速度下降和損耗增加的主要原因之一 。采用帶有獨立開爾文源引腳的SiC MOSFET,將柵極驅(qū)動信號的返回路徑與功率回路中的源極電流路徑分離,可以從根本上消除 LS? 對 VGS? 的影響,確保柵極驅(qū)動信號的完整性 。

關(guān)鍵元器件的緊湊與對稱布局:將柵極驅(qū)動器IC、柵極電阻和旁路電容等關(guān)鍵元器件放置在盡可能靠近器件引腳的位置 。對于多器件并聯(lián)應(yīng)用,確保走線長度和電感對稱,以實現(xiàn)良好的均流特性和熱管理 。

設(shè)計問題 布局實踐 解決的波形問題 預(yù)期效果
高 VDS? 過沖與振蕩 最小化高頻回路面積,緊密放置去耦電容,采用多層PCB垂直回路設(shè)計 降低 VDS? 過沖,抑制振鈴 提高器件可靠性,減少EMI,提升效率
高 VGS? 振鈴與誤導(dǎo)通 采用Kelvin源連接,最小化柵極回路面積,緊密放置柵極驅(qū)動元件 降低 VGS? 振鈴,消除由 LS? 引起的負反饋 增強系統(tǒng)可靠性,確保柵極信號完整性
開關(guān)速度減緩,損耗增加 采用Kelvin源連接,使用低ESL/ESR電容 消除由 LS? 引起的 VGS? 有效值降低 提升開關(guān)速度,降低開關(guān)損耗

第五章:環(huán)境與特性:溫度及與其他器件的比較

5.1 溫度對SiC MOSFET靜態(tài)與動態(tài)特性的影響

結(jié)溫對SiC MOSFET的性能具有復(fù)雜且顯著的影響。 首先,在靜態(tài)特性方面,器件的導(dǎo)通電阻 (RDS(on)?) 會隨結(jié)溫的升高而升高,但其上升率遠低于Si MOSFET 。例如,在25°C至100°C范圍內(nèi),SiC MOSFET的 RDS(on)? 變化系數(shù)約為1.13,而典型的Si MOSFET則為1.67 。這使得SiC器件在高溫下仍能保持較低的導(dǎo)通損耗,簡化了熱管理設(shè)計 。然而, RDS(on)? 與溫度的關(guān)系也受到柵極電壓的影響。在較低的柵極電壓下,它甚至可能呈現(xiàn)負溫度系數(shù)特性 。

其次,在動態(tài)特性方面,閾值電壓 (Vth?) 會隨溫度的升高而降低 。這導(dǎo)致開通過程提前,使得開通損耗 ( Eon?) 隨著結(jié)溫的升高而增加 。相反,由于 Vth? 的降低使得關(guān)斷過程延后,關(guān)斷損耗 (Eoff?) 則會隨著結(jié)溫的升高而降低 。因此,結(jié)溫對總開關(guān)損耗的影響是一個復(fù)雜的權(quán)衡,取決于具體的工況條件 。此外,長期的電熱應(yīng)力可能導(dǎo)致柵極氧化層退化,引起 Vth? 漂移,進而影響器件的均流特性和長期可靠性 。

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5.2 SiC MOSFET與傳統(tǒng)器件的開關(guān)性能比較

SiC MOSFET的出現(xiàn)正在改變功率器件的格局,其在開關(guān)特性上對傳統(tǒng)硅器件具有顯著優(yōu)勢。

SiC MOSFET vs. Si IGBT:告別拖尾電流 SiC MOSFET與Si IGBT最大的區(qū)別在于其關(guān)斷行為。IGBT是一種少數(shù)載流子器件,其固有的“拖尾電流”問題導(dǎo)致在關(guān)斷時需要較長的時間才能使電流降至零,在此期間會產(chǎn)生巨大的損耗 。而SiC MOSFET是單極性器件,沒有少數(shù)載流子存儲,因此其關(guān)斷時電流能夠迅速下降,不存在拖尾電流,其關(guān)斷損耗極小 。這使得SiC MOSFET在總開關(guān)損耗上對IGBT具有壓倒性優(yōu)勢,從而實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率和更緊湊的系統(tǒng)設(shè)計 。

SiC MOSFET vs. Si MOSFET:高溫下的導(dǎo)通與二極管恢復(fù)優(yōu)勢 與Si MOSFET相比,SiC MOSFET的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高壓應(yīng)用和高溫特性上。SiC MOSFET在高溫下的導(dǎo)通電阻上升率更低 ,這使其在高壓大功率應(yīng)用中具有顯著的效率優(yōu)勢 。此外,SiC MOSFET的體二極管(或內(nèi)置SBD)具有優(yōu)異的反向恢復(fù)特性 。SiC肖特基二極管是一種單極器件,其反向恢復(fù)時間幾乎為零,遠優(yōu)于傳統(tǒng)的Si快恢復(fù)二極管(FRD)。這意味著在開通時,SiC MOSFET的體二極管(或SBD)幾乎不會產(chǎn)生反向恢復(fù)電流,從而顯著降低了開通損耗和由二極管反向恢復(fù)引起的EMI 。

特性 SiC MOSFET Si IGBT Si MOSFET
開關(guān)速度 極快(高 di/dt 和 dV/dt) 較慢(受拖尾電流限制) 較快(低于SiC)
關(guān)斷拖尾電流 有,產(chǎn)生顯著損耗 無(單極性器件)
導(dǎo)通電阻溫度系數(shù) 正,但上升率低(變化系數(shù)約1.13) 具有正溫度系數(shù)(飽和壓降) 正,且上升率高(變化系數(shù)約1.67)
體二極管恢復(fù)特性 零反向恢復(fù)時間(若有SBD) 顯著的反向恢復(fù)電流和時間 存在反向恢復(fù)電流和時間
短路耐受能力 較弱 較強 較強

第六章:結(jié)論與展望

深圳市傾佳電子有限公司(簡稱“傾佳電子”)是聚焦新能源與電力電子變革的核心推動者:

傾佳電子成立于2018年,總部位于深圳福田區(qū),定位于功率半導(dǎo)體與新能源汽車連接器的專業(yè)分銷商,業(yè)務(wù)聚焦三大方向:

新能源:覆蓋光伏、儲能、充電基礎(chǔ)設(shè)施;

交通電動化:服務(wù)新能源汽車三電系統(tǒng)(電控、電池、電機)及高壓平臺升級;

數(shù)字化轉(zhuǎn)型:支持AI算力電源、數(shù)據(jù)中心等新型電力電子應(yīng)用。

公司以“推動國產(chǎn)SiC替代進口、加速能源低碳轉(zhuǎn)型”為使命,響應(yīng)國家“雙碳”政策(碳達峰、碳中和),致力于降低電力電子系統(tǒng)能耗。

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SiC MOSFET的開關(guān)行為是其卓越性能的核心,也是其應(yīng)用中需要重點關(guān)注的挑戰(zhàn)。本報告的分析表明,對開關(guān)波形進行深度解析是理解器件性能、診斷設(shè)計問題并最終實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵。高速開關(guān)帶來的非理想效應(yīng),如電壓過沖和振鈴,是能量在寄生電感和電容之間傳遞的必然結(jié)果。通過雙脈沖測試等表征方法,工程師可以準確地識別這些問題。

從設(shè)計實踐層面看,對SiC MOSFET的優(yōu)化是一個系統(tǒng)工程,涉及柵極驅(qū)動器選擇、PCB布局設(shè)計和熱管理策略等多個方面。特別需要強調(diào)的是,通過最小化高頻回路的雜散電感并采用開爾文源連接,可以從根本上抑制過沖和振鈴,從而最大限度地發(fā)揮SiC器件的潛能。雖然SiC在短路能力等某些方面仍弱于IGBT ,但在高頻高壓應(yīng)用中,其無拖尾電流和優(yōu)異的體二極管特性所帶來的低損耗優(yōu)勢使其成為不可替代的選項。展望未來,隨著集成化柵極驅(qū)動器和低寄生封裝技術(shù)的不斷發(fā)展,SiC MOSFET的應(yīng)用將變得更加簡便和可靠,進一步推動電力電子技術(shù)的革新。

審核編輯 黃宇

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