【导读】当您设计新电力电子产品时，您的目标任务一年比一年更艰巨。高效率是首要要求，但以更小的尺寸和更低的成本提供更高的功率是另一个必须实现的特性。SiC MOSFET 是一种能够满足这些目标的解决方案。以下重要技巧旨在帮助您创建基于 SiC 半导体的开关电源，其应用领域包括光伏系统、储能系统、电动汽车 (EV) 充电站等。
为何选择 SiC？
为了证明您选择 SiC 作为开关模式设计的首选功率半导体是正确的，请考虑以下突出的特性。与标准或超级结 MOSFET 甚至 IGBT 相比，SiC 器件可以在更高的电压、更高的频率和更高的温度下运行。其他器件的大部分功率损耗在 SiC 器件中是不存在的，因此 SiC 器件在大多数应用中的效率可以达到 90% 以上。最初，SiC 器件比其他 MOSFET 或 IGBT 更昂贵。如今，SiC 器件的价格已大幅下降，使其成为一种颇有吸引力的替代方案。
SiC与GaN比较
SiC 和 GaN 器件均属于宽带隙 (WBG) 类别的器件，这些器件正在稳步取代标准 Si MOSFET。它们可以在更高的频率下工作，因此 GaN 器件在 RF 功率应用中得到更广泛的应用。SiC 器件一般能够承受比 GaN 器件更高的电压、电流和功率。SiC 器件开关速度更快，效率更高，因此适合开关模式电源应用。另外，SiC MOSFET 包含一个体二极管。
性能考量
SiC 的一个重要特性是其热导率是 Si 或 GaN 的三倍以上。基于 SiC 的产品能够在高得多的温度 (+175°C) 下运行，而导通损耗在整个温度范围内相对平稳。另一个性能因素是 RDSon 极低，大约为 15 mΩ 或更小；即使在很高的工作电压下，它也能达到该规格水平。这使得功率损耗大大降低，从而提升了效率。
以下几个重要技巧能够帮助您在设计新的电力电子产品时，创建出基于SiC半导体的开关电源，以更小的尺寸和更低的成本提供更高的功率。
01 拓扑选择
除了标准半桥和全桥电路外，还有两种拓扑广泛用于 SiC 器件。这两种拓扑是双向转换器和 Vienna 整流器。双向架构本质上是降压-升压类型的 DC-DC 转换器，可以配置为提供两条不同的电压总线，并可以根据需要交换功率。这种架构非常适合具有两条电池总线的车辆，而所有电动汽车和轻度混合动力汽车都有两条电池总线。理想情况下，这两条总线可以相互充电。实现双向转换器的 IC 目前有市售产品。
另一种拓扑是 Vienna 整流器，越来越多的设计采用这种拓扑。它是一种三相、三电平 PWM 控制的桥式整流器。其主要应用是大功率交流转直流电源中的功率因数校正 (PFC)。
02 确定电压和电流需求
在目前 90% 以上的应用中，SiC 器件都可以替代 IGBT。如今，很少有新设计采用 IGBT。IGBT 可以承受大约高达 1900 V 的高压，但开关速度较慢。SiC 器件可以应对高电压和电流水平，但开关速度要快得多。SiC 晶体管承受的电压上限为 1800 V，因此可以很好地替代 IGBT。SiC 不仅有更高的开关频率，从而提高性能和效率，而且还能使用更小的封装。
03 注意栅极驱动器
相比其他 MOSFET，SiC 晶体管需要更大的栅极驱动电压。典型 SiC 晶体管需要 15 V 到 20 V 的栅极电压才能导通，需要 -3 V 至 -5 V 以关断器件。不过，大多数 SiC 供应商已经通过特殊栅极驱动器 IC 解决了这一需求，因此很容易使用 SiC 器件进行设计。
04 尽可能使用模块
模块是一个完整的预接线 MOSFET 电路，其封装针对尺寸和热性能进行了优化。例如用于驱动三相电机的三相桥模块。它连接其他架构以创建 DC-DC 转换器或三相整流器。模块集成了 SiC MOSFET 和 SiC 二极管，以确保导通和开关损耗较低。这种架构在电源产品中实现了高效率和优异的可靠性。
模块包含一个温度传感器（如热敏电阻），用于监测热量水平，并提供某种类型的电路保护或温度控制。模块可以显著缩短设计时间，并实现更小的封装。新设计的理想目标是采用 90% 的模块和 10% 的其他分立元器件。
05 找到可靠供应商
当使用 SiC 晶体管和电路等复杂器件时，拥有一个不仅可以供应产品，还能提供设计解决方案、信息和帮助的供应商会很有益。安森美(onsemi)就是这种供应商，它是半导体器件的全方位服务供应商，具备完整的内部端到端供应链的优势。
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