【经验】第三代碳化硅场效应管（SiC FET）在高温条件下的开关特性详解
UnitedSiC公司推出的第三代碳化硅场效应管（SiC FET）有一个比较独特的特性，该产品在高温条件下的开关损耗以及反向恢复电荷Qrr会减少。这一特性能够在设备工作温度上升时获得更高的效率。本文将会详细地阐述该特性背后的原因。
关于UnitedSiC公司推出的第三代SiC在高温条件下的开关损耗以及反向恢复电荷Qrr减少的特性，如图1所示，耐压1200V、导通电阻为35mΩ的碳化硅场效应管UF3C120040K4S所测得开通损耗Eon、关断损耗Eoff以及反向恢复电荷Qrr随着结温上升而减小，并且在100°C附近趋于平稳（见UF3C120040K4S数据手册）。
图1. UF3C120040K4S的开通损耗Eon、关断损耗Eoff和反向恢复电荷Qrr随结温的变化曲线
其原因在于第三代SiC FET在高温条件下开关速度变快。如图2所示，这款SiC FET是由SiC JFET与SiC MOSFET以共源共栅的结构垂直级联而成。SiC FET整体的开关速度受SiC JFET内部的栅极电阻Rgj、SiC MOSFET的外部栅极电阻Rg,ext等因素影响。而外部栅极电阻的选择是由使用者所需要的开关速度决定的。外部栅极电阻推荐值可以在UnitedSiC SiC FET用户指南中找到（见UnitedSiC SiC FET User Guide）。
这款SiC FET的内部栅极电阻随着温度上升而略微减小并且在100°C附近趋于稳定，这与P型SiC JFET的栅极区电导率增加有关。Rgj的降低使得开关速度变快和开关损耗降低。
图2 UnitedSiC SiC FET内部共栅共源结构
通过SPICE仿真，我们能够更好地明白JFET内部栅极电阻Rgj对开关速度的影响。为了便于比较，高栅极电阻Rgj条件下的开关波形与低栅极电阻Rgj条件下的开关波形放置在同一幅图上。其中较高的Rgj电阻表示室温下JFET的内部栅极电阻Rgj，较低的Rgj值表示高温条件下情况。
开关管的漏源电流与漏源电压关断波形如图3所示。在低内部栅极电阻的条件下，关断时的电压上升率（dv/dt）要更快些，这使得开关管的漏源电压上升时间更短，漏源电流与漏源电压交叠区更小。因此，关断损耗Eoff更小。
图3 JFET在不同内部栅极电阻条件下的漏源电流IDS与漏源电压VDS关断波形
开关管的漏源电流IDS与漏源电压VDS开通波形如图3所示。在低内部栅极电阻的条件下，开通时的电流上升率（di/dt）不变但电压下降率（dv/dt）更快。较快的电压下降率减少了漏源电流与漏源电压交叠区，降低了开通损耗Eon。由图4可知，在较高的温度条件下JFET内部栅极电阻Rgj越小，其反向峰值电流、反向恢复电荷越小。
图4 JFET在不同内部栅极电阻条件下的漏源电流IDS与漏源电压VDS开通波形
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