隨著寬帶隙技術在傳統和新興電力電子應用中的不斷普及，半導體公司正以驚人的速度開發其產品。 2021年，安森美半導體發布了650 V碳化硅（SiC）MOSFET技術，以支持從數百瓦到數十千瓦的直流電源需求，包括汽車牽引逆變器，電動汽車（EV）充電，太陽能逆變器等應用，服務器電源單元（PSU）和不間斷電源（UPS）。

 

SiC MOSFET已被證明是高功率和高電壓設備的理想選擇，其目標是替代硅（Si）功率開關。 SiC MOSFET使用一種全新的技術，該技術提供了比硅更好的開關性能和更高的可靠性。此外，低導通電阻和緊湊的芯片尺寸確保了低電容和柵極電荷。因此，這些設備的系統優勢包括更高的效率，更快的工作頻率，更高的功率密度，更低的EMI以及更小的系統尺寸。

 

安森美半導體的新型汽車級AECQ101和工業級的650 V NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET帶來了新的機遇。NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET的有源單元設計與先進的薄晶圓技術相結合，可為擊穿電壓為650 V的設備提供性能更好的Rsp（Rdson *面積）。 NTH4L015N065SC1還具有市場上最低的TO247封裝Rds（on）之一。內部柵極電阻（Rg）消除了使用外部柵極電阻人為降低設備速度的需求，從而為工程師提供了更大的設計靈活性。更高的抗浪涌，雪崩能力和短路的魯棒性有助于增強其堅固性，從而提供更高的可靠性和更長的器件壽命。這些設備無鉛且符合RoHS要求。

 

NTH4L015N065SC1技術參數

 

與硅器件相比，安森美半導體的SiC MOSFET的介電擊穿場強高10倍，電子飽和速度高2倍，能帶隙高3倍，熱導率高3倍。NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET器件具有出色的動態和熱性能，并在高結溫下穩定運行。在相同范圍內，與SiC MOSFET相比，650V NTH4L015N065SC1器件提供的競爭特性如下：

 

最低導通電阻：典型RDS（on）= 12 m @ VGS = 18 V＆典型RDS（on）= 15 m @ VGS = 15 V

低電容和超低柵極電荷：QG（tot）= 283 nC

高開關速度和低電容：Coss = 430 pF

在175攝氏度的高結溫下穩定運行

具有AEC-Q101認證的卓越雪崩耐用性

我們通常習慣于將三個端子（柵極，漏極和源極）用于Si MOSFET。圖1表示NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET的引腳圖和符號表示。快速瀏覽NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET的數據表，就會發現兩個源極端：“驅動器源”和“電源”。驅動器源實質上是驅動柵極的電路的參考端，它減少了負載電流路徑中電感的負面影響。

 

SiC MOSFET的電（靜態）表征包括經過評估的性能參數的DC和AC表征。下圖（圖2）傳達了NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET在安全工作區域內的載流能力。當漏極至源極電壓（VDS）較低時，最大電流受導通狀態電阻的限制。在中等VDS時，該設備可以在短時間內承受數百安培的電流。

 

圖2：NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET安全工作區（圖片來源：安森美半導體）

 

汽車用SiC MOSFET

 

通過設計SiC MOSFET可以改善許多電源電路和器件。汽車電氣系統是該技術的最大受益者之一。現代的EV / HEV包含使用SiC器件的設備。一些流行的應用是車載充電器（OBC），DC-DC轉換器和牽引逆變器。圖3指出了電動汽車中需要大功率開關晶體管的主要子系統。 OBC的DC-DC轉換器電源電路將高電池電壓轉換為較低電壓，以操作其他電氣設備。電池電壓現在高達600或900伏。具有SiC MOSFET的DC-DC轉換器可將此電壓降低至48伏，12伏，以用于其他電子組件的操作。OBC系統中的SiC MOSFET允許在更高的頻率下開關，提高效率并減少熱管理。使用新型SiC MOSFET可實現更小，更輕，更高效，更多的性能可靠的電源解決方案。

 

圖3：用于HEV和EV的WBG車載充電器（OBC）。 交流輸入經過整流，功率因數校正（PFC），然后進行DC-DC轉換，其中一個輸出用于給高壓電池充電，另一個輸出用于給低壓電池充電。 （圖片來源：安森美半導體）