从瓦特到兆瓦：碳化硅的优势及性能

设计人员当然对碳化硅感兴趣，因为它具有潜力。这种潜力包括：在不损失效率的情况下实现高频开关——这意味着更快的开关和更低的开关损耗。导通电阻 (RDS(On)) 的温度依赖性更小，这导致高温下的传导损耗更低，当然，还会增加功率密度、减小系统的尺寸和重量并平衡系统成本。

当前的碳化硅格局

Wolfspeed为汽车、工业和能源市场的应用提供大量、根深蒂固的产品组合，包括现在的 650V MOSFET。如下图 1 所示，Wolfspeed 的 SiC 功率产品包括 SiC 肖特基二极管和 MOSFET、SiC 功率模块和 SiC 裸片肖特基二极管和 MOSFET。

图 1：从瓦特到兆瓦的 Wolfspeed SiC 产品组合

随着 Wolfspeed 最近推出 650V 碳化硅 MOSFET，当前的碳化硅领域得到了极大的拓宽。这些 650V SiC MOSFET 显着解决了传统上为硅的较低功率区域。现在，碳化硅在 650V 及以上的任何电压下都非常有可能，提供高功率、中高开关频率和高温性能。

这些 SiC 650V MOSFET 对整体格局产生了重大变化。它们在较低的 RDS(On)设备 (≤ 100mΩ)下击败了任何东西。它们通过降低开关和传导损耗来提高效率。它们允许更高的工作温度——碳化硅额定值为 175Tj。

碳化硅相对于其他技术的优势

与 Si 或 GaN 相比，SiC 的众多优势之一是RDS(On)。当 RDS(On随温度变化时，SiC 的优势立即显现。硅和 GaN 随温度升高 2 倍甚至 3 倍，Wolfspeed SiC 随温度升高仅 1.3 倍或 1.4 倍。这与器件传导损耗和器件使用直接相关在温度而不是 25C。

SiC 具有优势的另一个重要领域是 IGBT 拐点电压，这是MOSFET的线性 VDS曲线优于 IGBT 的拐点/指数曲线的地方。实际上，在 99% 的额定电流及以下，SiC MOSFET 的传导损耗比 IGBT 低。如果将器件并联，由于 VCE曲线固定，IGBT 的问题会变得更糟。

Wolfspeed SiC 支持的应用

Wolfspeed 开创碳化硅已有 30 多年的历史，因此为所有重视效率、功率密度和整体系统成本的电源应用提供了多样化的宽带隙碳化硅器件组合。我们的碳化硅器件的性能和可靠性在电动汽车动力系统/主逆变器、车载电池充电器、非车载直流快速充电器、企业电源、太阳能和可再生能源等系统中特别有效。

您每天都会接触 Wolfspeed SiC。您的日常电子邮件（由服务器群提供支持）包含 Wolfspeed SIC，实施的太阳能和储能系统由 Wolfspeed SiC 提供支持，道路上的电动汽车包含 Wolfspeed SiC。我们的碳化硅技术为其支持的各个行业提供了大量竞争优势。图 2 显示了 Wolfspeed SiC 支持的众多应用的一些示例

图 2：Wolfspeed SiC 支持的应用

性能比较

图 3 显示了传导损耗和开关损耗的并排比较。这些是 DC-DC 应用中的 400 VDC 输入/48 VDC 输出设备，一个是碳化硅，另一个是硅。您可以在左上方的一组图像和左下方的表格中看到 Wolfspeed 120 mΩ SiC 器件与 60 mΩ 硅超级结器件的叠加效果很好。效率没有妥协。其中一个超级结器件的外壳温度较低，中间是碳化硅器件。

图 3：并排比较传导损耗和开关损耗

çonclusion

碳化硅目前正在实现广泛的应用，因为事实证明，基于 SiC 的解决方案比传统的基于硅的解决方案具有更高的效率、功率密度和系统成本效益。

在 Wolfspeed，我们测量 SiC 成熟度为

• 行业广泛采用多年
• 久经考验的可靠性和现场时间
• 持续创新与投入
• 既定价值与现有技术

对我们来说，碳化硅不仅仅是“我们刚刚鉴定了一个设备，你想要一些样品吗”。在工业和能源基础设施方面，Wolfspeeds 碳化硅功率器件提高了效率、缩小了系统尺寸并减少了散热，使企业能够充分利用每千瓦时的电力和每平方米的空间。

审核编辑 黄昊宇