SiC的运用始于2000年，最早在PFC中采用了SiC JBS二极管。随后是在光伏职业中，开始运用SiC二极管和FET。可是，最近在EV车载充电器和DC-DC转化器
相关范畴运用的激增，显着推进了SiC需求的添加。电动汽车逆变器、650V设备的新式运用以及服务器电源和5G电信整流器等的运用有望推进SiC需求的快速添加。本文介绍了这些SiC器材相关于现有Si技能的优势。
SiC器材的长处
与IGBT比较，运用SiC FET的优势已得到充分证明。较宽的4H-SiC带隙答应构成电压阻挡层，抱负状况下，其电阻要比相应的单极硅器材小100倍。SiC的导热系数也是硅的3倍。现在，可在650-1700V规模内以平面结构和沟槽结构供给功能不断进步的SiC MOSFET，但仍然存在MOS沟道迁移率低的问题。还能够运用依据SiC JFET的共源共栅FET，因为SiC JFET通道具有更高的全体迁移率，因而芯片尺度更小。在本文的其余部分中，除非有必要进行区别，不然咱们将一切这些SiC晶体管都称为SiC FET。在这两者之间，因为它们在大多数状况下能够交流运用的。
图1：榜首象限传导中SiC FET与IGBT的导通状况压降
在1200V及更高电压下，硅MOSFET替代了IGBT，IGBT在高负载电流下供给了更低的传导损耗，可是因为更低的传导损耗来自电导率调制，因而带来了开关损耗的丢失。IGBT一般与反并联快速康复PiN二极管一同运用，这也会构成开关损耗，因为只要铲除这些二极管中存储的电荷，才干使它们坚持截止状况电压。
图2：与IGBT，联合 SiC FET 和典型SiC MOSFET一同运用的，不运用反并联肖特基二极管的Si FRD的典型传导特性
PFC和Boost转化器
在PFC电路和升压转化器中广泛运用SiC二极管，因为不存在存储的电荷会导致FET中的E(ON)损耗大大下降，无论是在400V总线电压下运用650V超结MOSFET，仍是在600V-1500V总线电压下运用快速IGBT。 实际上，运用SiC JBS二极管的优势随电压升高而添加。即便不运用SiC FET作为首要开关器材，这些二极管也能供给进步功率和进步作业频率的途径，这也为这些老练产品供给了超越1亿美元的商场。
硬开关电路中的SiC优势
表1列出了评价硬交流运用的交流技能时感兴趣的要害数据手册参数。让咱们举几个重要的比如。关于服务器电源，依据功率水平，能够运用总线电压为400V的电信整流器和车载充电器，图腾柱PFC拓扑或三相有源前端整流器。为了进步功率密度并下降BOM本钱，需求更高的开关频率以减小电感器尺度。高E(ON)损耗会阻挠硅超结FET在接连导通形式（CCM）中运用，即便是因为寿数过长而下降QRR，因为过度损耗和不良的康复特性，它们也无法运用。一切SiC FET解决方案均具有超卓的低QRR二极管，因而大大减少了Eon损耗。与开尔文源封装（如TO247-4L，D2PAK-7L和DFN8x8）一同运用时，规划人员能够将硬开关频率进步2-3倍，这比硅产品高。它还有助于一切SiC FET元件具有较低的TCR，即，导通电阻随温度的添加较小。
表1：相关要害参数
SiC在软开关电路中的优势
在服务器电源和电信整流器以及EV车载充电器和DC-DC转化器中，广泛运用相移全桥和LLC电路进行DC-DC转化。一般，宽带隙开关的价值，尤其是在这些运用中依据SiC的FET的价值来自几个首要特征。首要，SiC FET的Coss低，这答应导通时快速VDS跃迁，然后答应运用高开关频率或宽输入/输出电压规模。其次，能够将软导通开关的截止损耗预算为测得的硬开关关断能量减去存储在输出电容中的能量，表明为EOFF— EOSS。如图2所示，关于UF3C120040K4S等SiC FET，关断能量十分低。第三，低RDS（ON）值与高额外电压相结合，使DC-DC转化器能够在800V的电压下作业。第四，SiC FET具有低反向康复电荷和十分高的电压压摆率才干，规模为100至200 V / ns。这实际上消除了dv / dt引起的毛病，而无需下降载波寿数。最终，与SiC MOSFET和GaN HEMT的3至5 V比较，United SiC FET特别具有低的本体二极管压降，一般仅为1.5V。跟着频率的升高，体二极管导通的时刻百分比添加，然后使空载时刻内二极管的导通损耗愈加显着。
图3：各种SiC FET选项的有用关断损耗（E OFF – E OSS）。50A，800V设备的丢失在100μJ，该设备仅在该电流在PFSB运用时发生关断100kHz下的丢失为10W。在较低的电流下，这些低损耗答应频率高达500kHz
SiC对电动汽车牵引逆变器的优点
硬开关中SiC FET的一切损耗优势都能够使EV牵引逆变器获益，但假如电动机驱动器的作业频率较低，则首要优势有必要来自较低的传导损耗。这已经在图1a和1b中显现出来，这是因为每单位芯片面积的电阻较低，并且与IGBT不同，正向传导中没有拐点电压，并且或许存在反向同步传导。
EV运用所需的开关的要害特性是接受各种类型的短路毛病。这要求开关接受整个总线电压（关于650V器材为400V，关于1200V器材为800V），一起在栅极彻底导通时一起传导高电流，继续2-6µs的时刻，直到去饱满电路检测到在施加0.5至2µs的消隐时刻后呈现短路状况。然后，驱动程序将开关渐渐封闭。在此期间，开关或许会在几微秒内阅历300-500°C的温度上升，并且仍有必要安全地封闭。此外，交流机最多应处理100或1000个此类事情，而设备参数不会发生改变。
虽然此特性是为IGBT供给的，但SiC MOSFET和GaN HEMT难以到达相同的水平。United SiC共源共栅FET具有共同的才干，能够以最小的芯片尺度或导通电阻折衷来安全地处理重复性短路。这源于常导通JFET的固有特性，该器材是导电器材，没有栅极氧化物退化，并且能够接受比SiC MOSFET高的温度和电场峰值。此外，因为自加热导致的通道电导的减小敏捷减小了器材电流，减慢了加热速率，并使器材在失效之前能够继续更长的时刻。
SiC器材在这种形式下一般更巩固，因为这些笔直器材会吸收其体积中的热量，而GaN HEMT是在超薄二维电子气中发生热量的横向器材。
SiC在线性形式运用中的优势
图3显现了SiC常开JFET，SiC MOSFET和Si MOSFET 的归一化VTH对温度特性。明显，只要常导通的SiC FET才干防止VTH随温度下降。假如将某个设备用作电流源，或许乃至是在成心缓慢开关的固态断路器中，则将时刻花费在低电流，低(VGS— VTH)的规模内。VDS高会导致器材的V TH负温度系数简单受电流丝化影响，并且在比预期低得多的电压下失效。SiC JFET并非如此，这一现实已经过试验验证。因而，SiC JFET在构成电流源，电子负载等方面变得十分有用，在这种状况下，它们有必要在这种低电流高电压耗散状况下偏置，而不会损坏到其额外击穿电压。
SiC对电路维护的优点
该V中的现实TH不随温度下降，以优秀的限流和SiC JFET的短路才干，和SiC JFET器材的耐受4X比损坏之前硅器材更高的能量耗散才干，使得这些器材在电路断路器十分有用，浪涌电流限制器和负载开关。JFET 在给定的芯片尺度下具有最低的可用RDS（ON），具有较低的作业传导损耗，而不会危害这些器材接受重复性过应力事情的巩固性。
柔性高压FET的新颖办法
UnitedSiC展现了针对高压FET的超级共源共栅办法，其间经过串联衔接许多正常导通的JFET与低压Si MOSFET和共同的偏置网络构建了十分高的电压开关，然后发生了可用作3端子开关。针对200A，6500V半桥模块的最新开发效果已经由5级串联的1700V JFET构成。该器材能够经过低Qg的单个0至12V栅极驱动器进行切换–与串联的IGBT或SiC MOSFET相同，不需求独自的栅极驱动器。另一个针对低电流开关的演示将supercascode技能运用于40kV单开关。因为较低电压的JFET技能更老练，并且原材料本钱更低，这为规划人员供给了低本钱解决方案的挑选，最高可达曾经无法到达的电压。别的，假如需求特定的电压或电流类别，能够运用United SiC共源共栅和JFET器材轻松完结。
图3：Si MOSFET，SiC JFET和Si MOSFET的V TH随温度的标准化改变状况。负斜率会导致| VGS— VTH | 低时的不稳定作业。在高VDS下SiC常导JFET 不存在此问题
定论
咱们在本文中描绘了许多基础知识，扼要描绘了SiC FET和依据SiC JFET的解决方案在各种运用中看到的优势。SiC FET不只能够改进高频DC-DC和AC-DC运用的规划，并且因为其宽的栅极驱动规模，描绘了EV逆变器中UnitedSiC FET从低传导损耗到强壮的短路处理才干的优势。以及自动形式下SiC JFET技能以及电路维护运用（尤其是用于高电压和大功率的运用）以及运用较低电压JFET构建模块构建灵敏的高电压大电流开关的共同优势。
