不更改驅(qū)動(dòng)電路，SiC器件也能直接替換IGBT、硅器件？

SiC 材料打造的功率半導(dǎo)體近來(lái)在半導(dǎo)體圈內(nèi)風(fēng)頭正勁，由于獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu), 使其禁帶寬度達(dá)到 2.2eV，遠(yuǎn)高于 GaAs 和 Si，SiC 打造的器件對(duì)于后兩者的替代趨勢(shì)日益明顯。

相較于傳統(tǒng)的 Si 器件，SiC 器件擁有諸多益處。比如工作溫度高、熱導(dǎo)率高、硬度高、電子飽和漂移速度高、擊穿電場(chǎng)高、電流密度高等等。諸多的優(yōu)點(diǎn)讓 SiC 器件可以工作在更高溫度、更高頻率、更高電壓和更高電流等使用環(huán)境更為惡劣的情況。因此，受到了電力公司、汽車廠商及電機(jī)廠商等的密切關(guān)注。

汽車產(chǎn)業(yè)，尤其是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，是 SiC 器件發(fā)展的重要助力，基于 SiC 的功率半導(dǎo)體用于電動(dòng)汽車的車載充電裝置，而這項(xiàng)技術(shù)正在進(jìn)入系統(tǒng)的關(guān)鍵部分——牽引逆變器。 牽引逆變器為電動(dòng)機(jī)提供牽引力，以推動(dòng)車輛前進(jìn)。這項(xiàng)技術(shù)在特斯拉的部分車型中已經(jīng)得到了實(shí)踐，證明是可行的。

有商機(jī)便有市場(chǎng)，進(jìn)而便有從業(yè)者。碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體制造商 UnitedSiC 開發(fā)創(chuàng)新的碳化硅二極管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）等功率半導(dǎo)體器件，為電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)、AC-DC 和 DC-DC 電源、變速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器和太陽(yáng)能光伏逆變器等應(yīng)用提供業(yè)界最佳的碳化硅效率和高溫性能。

UF3C FAST FET 系列中新增 Kelvin 連接器件
美國(guó)新澤西州普林斯頓市當(dāng)?shù)貢r(shí)間 12 月 3 日，UnitedSiC 宣布擴(kuò)展 UF3C FAST 產(chǎn)品系列，并推出采用 TO-247-4L 4 引腳 Kelvin Sense 封裝的全新系列 650 V 和 1200 V 高性能碳化硅 FET 器件。新產(chǎn)品基于高效的共源共柵配置，可為設(shè)計(jì)人員提供非?？斓?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%BC%80%E5%85%B3/">開關(guān)速度和較高的功率，并且其封裝能夠滿足高功率應(yīng)用的散熱要求。

Kelvin 封裝可以避免柵極振鈴和錯(cuò)誤觸發(fā)，否則需要降低開關(guān)速度以管理 3 引線封裝帶來(lái)的較大共源極電感。采用 4 引腳的 Kelvin 連接封裝，使器件具有 175°C 的最高工作溫度、出色的反向恢復(fù)、低柵極電荷以及低達(dá) 2 倍的開關(guān)損耗。

電動(dòng)汽車（EV）充電系統(tǒng)、電信和服務(wù)器電源等應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圖騰柱（Totem Pole）PFC 級(jí)、LLC 和相移全橋轉(zhuǎn)換器等設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用全新的 UF3C 系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)速度、效率、易用性和功率密度。

與其他寬帶隙技術(shù)相比，SiC 共源共柵器件能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的 12V 柵極驅(qū)動(dòng)，并具有確定的雪崩額定值（100％經(jīng)過生產(chǎn)測(cè)試）。UF3C FAST 系列中的 4 端子封裝產(chǎn)品能夠通過簡(jiǎn)單的螺釘或夾具安裝，具有極低的結(jié)至外殼熱阻，在給定功率或更高功率運(yùn)行時(shí)，只有較低的溫度上升，能夠充分利用 SiC 的較高結(jié)溫能力。

UnitedSiC 工程副總裁 Anup Bhalla 表示：“新增加的 UF3C FAST 系列共源共柵器件采用 4 引腳 TO-247 封裝，即使在更高的開關(guān)頻率下也非常容易使用，它們?cè)诟吖β试O(shè)計(jì)中能夠?qū)崿F(xiàn)最高效率和出色的散熱性能。”

UnitedSiC 的 SiC 器件能夠?yàn)樵S多現(xiàn)有的 IGBT、硅和碳化硅 MOSFET 部件提供‘直接更換’替代解決方案，而無(wú)需改變柵極驅(qū)動(dòng)電路。

Snubber 電路的妙用
UnitedSiC 的 UF3C FAST 新品能夠?qū)崿F(xiàn)非?？斓拈_關(guān)速度和較高的功率，得益于采用了緩沖電路。緩沖電路（Snubber Circuit）又稱吸收電路，它是電力電子器件的一種重要的保護(hù)電路，不僅用于半控型器件的保護(hù)，而且在全控型器件（如 GTR、GTO、功率 MOSFET 和 IGBT 等）的應(yīng)用技術(shù)中，起著更重要的作用。

Snubber 電路的基本工作原理是利用電感電流不能突變的特性抑制器件的電流上升率，利用電容電壓不能突變的特性抑制器件的電壓上升率。圖示以 GTO 為例的一種簡(jiǎn)單的緩沖電路。其中 L 與 GTO 串聯(lián),以抑制 GTO 導(dǎo)通時(shí)的電流上升率 dI/dt,電容 C 和二極管 D 組成關(guān)斷吸收電路，抑制當(dāng) GTO 關(guān)斷時(shí)端電壓的上升率 dV/dt，其中電阻 R 為電容 C 提供了放電通路。緩沖電路有多種形式，以適用于不同的器件和不同的電路。

正是采用了 Snubber 電路，UnitedSiC 的 SiC 器件實(shí)現(xiàn)了性能提高。UnitedSiC 應(yīng)用工程師 Mike Zhu 表示：“隨著開關(guān) dV / dt 的增加，緩沖器損耗增加，但也有可能使用較小的緩沖器進(jìn)行補(bǔ)償。實(shí)際上，切換 Eon + Eoff 損耗增加 3-5％就足以顯著增加改善開關(guān)波形。在標(biāo)準(zhǔn) TO 封裝中實(shí)現(xiàn)快速切換，SiC FETS 要求要么降低 FET 的速度，要么使用 RC 緩沖器來(lái)降低電壓過沖和振鈴。 緩沖器 Rs 損耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的 f.CV，通過非常小的緩沖電容值可以幫助管理電壓過沖，因?yàn)?Unitedsic FET 的低 Coss 值導(dǎo)致緩沖器損耗小，允許使用常規(guī)表面貼裝元件，即使每個(gè) FET 切換 50A，800V 也是如此。 使用帶有 RC 緩沖器的 United Sic 快速器件（UF3C 系列）可以在最大限度地降低開關(guān)損耗。同時(shí)管理關(guān)斷電壓尖峰和振鈴，并且明顯優(yōu)于具有外部柵極電阻的慢速器件。”