【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

时间： 2019-11-29 来源：UnitedSiC

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E_off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E_off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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小小一点爱 Lv7. 资深专家 2021-12-07

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UnitedSiC FET用户指南

描述- 本指南提供了使用RC阻尼器与快速切换SiC器件的实用解决方案和指导原则。内容包括阻尼器设计指南、Snubber规则、BOM表格以及相关注意事项。指南通过实验验证了阻尼器的效果，并分析了硬开关和软开关应用中的有益影响。

型号- UJ3C065080T3S,UF3C065040T3S,UF3C120080K3S,UJ3C065030K3S,C1808C681JGGAC7800,UF3C065040B3,UF3C065080B3,CRCW201010R0JNEFHP,UJ3C065080B3,UF3SC065030D8,UJ3C120040K3S,UF3C065030T3S,UF3SC120016K3S,UF3C065080K3S,UF3C065030K4S,CRCW25124R70JNEGHP,UJ3C065030B3,UF3CXXXYYYK3S,C1206C680JGGAC7800,UF3SC065007K4S,UF3C120040K4S,UF3C065030B3,UF3C120150B7S,UF3C065040K4S,C1206C151JGGAC7800,UJ3C065030T3S,UF3C065030K3S,UJ3C120150K3S,CRCW20104R70JNEFHP,UF3C065080B7S,UF3CXXXYYYK4S,202R18N101JV4E,SR1206FR-7W4R7L,UF3SC120009K4S,UF3C120080B7S,KTR18EZPF10R0,UF3C065080T3S,UF3C120040K3S,UF3C120150K4S,UF3C065040K3S,UJ3C120080K3S,UJ3C065080K3S,KTR18EZPF4R70,UF3C120080K4S,CRCW251210R0JNEGHP,UF3SC065030B7S,C1206C221JGGAC7800,C1210C331JGGACTU,SR1206FR-7W10RL,UF3SC065040D8,UF3C120150K3S,UF3SC120040B7S,UF3SC065040B7S,UF3SC120016K4S,UF3C065080K4S,202R18N470JV4E

December 2019 - UNITEDSIC - 用户指南

UnitedSiC FET用户指南

描述- 本指南提供了使用RC阻尼器与快速开关SiC器件的实际解决方案和指导。通过实验双脉冲测试（DPT）结果验证了该解决方案。阻尼器损耗被精确测量，以帮助用户计算阻尼电阻的功率等级。分析了阻尼器在硬开关和软开关应用中的有益影响。附带的“使用阻尼器开关快速SiC FET”应用笔记可在https://unitedsic.com/wp-content/uploads/appnotes/Snubber%20AppNotes_V8.pdf找到。指南中包含了基本假设、阻尼器规则、BOM清单和注意事项。

型号- UJ3C065080T3S,UF3C065040T3S,UF3C120080K3S,UJ3C065030K3S,C1808C681JGGAC7800,UF3C065040B3,UF3C065080B3,CRCW201010R0JNEFHP,UFK3S,UJ3C065080B3,UF3SC065030D8,UJ3C120040K3S,UF3C065030T3S,UFS3C120040B7S,UF3C065080K3S,UF3C065030K4S,CRCW25124R70JNEGHP,UJ3C065030B3,UF3CXXXYYYK3S,C1206C680JGGAC7800,UF3C120040K4S,UF3C065030B3,KTR18,UF3C120150B7S,UF3C065040K4S,C1206C151JGGAC7800,UJ3C065030T3S,UF3C065030K3S,UJ3C120150K3S,CRCW20104R70JNEFHP,UF3C065080B7S,UF3CXXXYYYK4S,202R18N101JV4E,SR1206FR-7W4R7L,UF3C120080B7S,KTR18EZPF10R0,UF3C065080T3S,UF3C120040K3S,UF3C120150K4S,UF3C065040K3S,UJ3C120080K3S,UJ3C065080K3S,KTR18EZPF4R70,UF3C120080K4S,CRCW251210R0JNEGHP,UF3SC065030B7S,C1206C221JGGAC7800,C1210C331JGGACTU,SR1206FR-7W10RL,UF3SC065040D8,UF3C120150K3S,SR1206,UF3SC065040B7S,UF3C065080K4S,202R18N470JV4E

December 2018 - UNITEDSIC - 用户指南 - version 4.0

全球唯一一家拥有同时兼容SiC和Si驱动的SiC FET制造商——UnitedSiC（联合碳化硅）

UnitedSiC（联合碳化硅）开发出各种创新的碳化硅场效应晶体管（FET）、碳化硅结型场效应晶体管（JFET）和碳化硅肖特基二极管（Schottky Diode）等功率半导体器件，且可定制,为电动汽车充电器，DC-DC转换器，牵引变流器等。

2019-11-22 - 品牌简介

具有业界出众性能的1200V第四代SiC FET为高压市场提供优秀SiC功率解决方案

UnitedSiC扩充了1200V产品系列，将突破性的第四代SiC FET技术推广到电压更高的应用中。新UF4C/SC系列中的六款新产品的规格从23毫欧到70毫欧，现以TO247-4L（开尔文连接）封装提供，而1200V的53毫欧和70毫欧SiC FET还以TO247-3L封装提供。

2022-06-29 - 原厂动态

SiC FET的起源和发展—与SiC MOS及其他替代技术的性能比较

使用宽带隙半导体作为高频开关为实现更高的功率转换效率提供了有力支持。一个示例是，碳化硅开关可以实施为SiC MOSFET或以共源共栅结构实施为SiC FET。本文追溯了SiC FET的起源和发展，直至最新一代产品，并将其性能与替代技术进行了比较。

2022-06-21 - 原厂动态

UnitedSiC提供1200V第四代SiC FET，具有出色的热能力，可助力找到您的高压功率设计的亮点

UnitedSiC（现名Qorvo）提供了1200V第四代器件，它们具有一系列导通电阻额定值，可满足通常使用800V总线的各种应用的需要。欢迎用新的1200V第四代SiC FET找到您的高压功率设计的亮点。

2022-05-25 - 原厂动态

【产品】1200V/80mΩ的SiC FET UF3C120080K3S，最高工作温度175℃

UnitedSiC的SiC FET（碳化硅场效应晶体管）采用了独特的共源共栅（cascode）电路配置，将常开型SiC JFET与Si MOSFET共同封装在一起，从而构建出常关型SiC FET器件。UF3C120080K3S是一款1200V的SiC FET。

2020-12-12 - 新产品

可直接替换IGBT和Si MOS的第三代SiC FET，提供革命性的功率转换性能

现在已经出现了第三代SiC FET，这是一种Si-MOSFET和SiC JFET的共源共栅布置，处于宽带隙技术的前沿。作为IGBT和Si-MOSFET的直接替代品，SiC FET用于升级电动机驱动、UPS逆变器、焊机、大功率交直流和直流转换器等。

2020-08-29 - 原厂动态

【产品】UnitedSiC推出新的UF4C/SC系列1200V第四代SiC FET 非常适合主流的800V总线结构

UnitedSiC宣布推出新一代1200V碳化硅（SiC）场效应晶体管（FET）系列，这些产品在导通电阻方面具备业界出众的性能表征。新的UF4C/SC系列1200V第四代SiC FET非常适合主流的800V总线结构，这种结构常见于电动车车载充电器、工业电池充电器、工业电源、直流太阳能逆变器、焊机、不间断电源等应用。

2022-05-21 - 新产品