【经验】SiC MOSFET替代Si MOSFET，自举电路是否适用？

时间： 2022-01-14 来源：派恩杰

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自举式悬浮驱动电路可以极大的简化驱动电源的设计，只需要一路电源就可以驱动上下桥臂两个开关管的驱动，可以节省Si MOSFET功率器件方案的成本。随着新能源受到全球政府的推动与支持，与新能源相关的半导体芯片需求激増，导致产能紧缺。绿色低碳技术创新应用是实现碳中和目标的重要一环，碳化硅是应用于绿色低碳领域的共用性技术，SiC MOSFET替代Si MOSEFET成为了许多厂商的新选择。不过，SiC MOSFET的驱动与Si MOSFET到底有什么区别，替代时电路设计如何调整，是工程师非常关心的。本文派恩杰将分享SiC MOSFET驱动常规自举电路的注意事项。

图 1

自举电路工作原理：

如图1，当下管导通时候，电源通过Rboot、Dboot对自举电容Cboot进行充电，当下管关断后，Cboot提供电源对上管进行驱动。

图 2

如图2，Vgsh为上管驱动波形、Vgsl为下管驱动波形、Vgshin为上管输入侧驱动波形。该结果为测试板上电状态下发送一个双脉冲驱动下管，同时上管为互补的驱动波形，图中可以看出在上管输入驱动波形为“开通”状态下，上管GS并没有及时开通而是经过40μs左右延迟后才开始跟随输入驱动信号状态，这是因为在初始状态下上管驱动芯片没有得电，在下管导通后上管驱动芯片电源才开始得电。从驱动芯片得电后到芯片可以正常工作大概有几十μs的延迟，所以才导致图上现象的产生，这也是自举电路存在问题，该问题可以通过增加D1、R1通过母线电压对Cboot电容进行预充电解决。

图 3

如图3，通过观察电路也可以看出驱动电源为VCC2，下管驱动时候可以VCC2满幅输出，而上管由于Dboot的存在Cboot的电压始终会比VCC缺少一个Dboot压降，并且对下管开关频率和占空比也有相关要求，下管一定要达到固定时间上管的Cboot才能每个周期充满电正常工作。

图 4

如图4，可以看出由于上管达不到满幅VCC所以导致关断负压不够负，开通正压不够正，提高VCC电压会导致下管负压太大又会有击穿SiC驱动芯片的风险，运用自举电路需要权衡这方面的问题。

综上，SIC MOSFET驱动也可以用自举电路驱动一个半桥，从而减少一路电源，以节省成本。但在实现自举电路的时候也会有一些问题需要注意，具体总结如下：

●由于上管在导通时需要通过自举电容放电，为了保证上端的正常开关，需要调整PWM，为自举电容预留充电时间。

●关于Dboot的选择，由于Cboot上为瞬间充电，需要考虑Dboot的载流能力，当下管导通时Dboot端会承受母线级别的大电压，所以需要有足够的耐压。

●自举电容Cboot需要选择寄生电感尽可能小的电容，防止充电时产生LC震荡。

●由于上管驱动电压会有一定降幅且对整个自举电路杂散参数有较高要求，自举电路建议尽在中低功率下使用。

派恩杰半导体的SiC MOSFET性能与可靠性已经和国际第一梯队的碳化硅芯片厂比肩。对于第三代半导体的应用行业来说，碳化硅平面型的MOSFET技术仍是一个主流技术。派恩杰的第三代平面栅碳化硅MOSFET技术，具有业内领先的HDFM指标和较低的开关损耗，以及在高温下运行下有较高的效率，排放少。2021年派恩杰半导体已经有了一个全球Qgd x Rds(on)（开关品质因数）最小的MOSFET产品。而且派恩杰半导体的SiC MOSFET产品在新能源汽车OBC应用验证取得了重大突破，获得了新能源汽车龙头企业数千万订单。对于新能源汽车、IDC、光伏、风机、光充储等领域，派恩杰半导体均有完善的驱动方案和典型应用的demo案例，供客户参考，帮助客户实现快速研发导入。如：3000w图腾柱PFC方案、65W快输入高压方案等。

SiC MOSFET的驱动与Si MOSFET的另一区别是驱动电压不同，传统Si MOSFET驱动只要单电源正电压即可，而SiC MOSFET需要单电源正负压驱动。所以，SiC MOSFET要替代Si MOSFET，还要解决负压电路如何实现的问题。

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HI-SEMICON（深鸿盛）MOSFET/SiC肖特基二极管/SiC MOSFET选型指南

目录- 公司简介 MOSFET Product Introduction VDMOS 超结MOSFET 中低压MOSFET 碳化硅肖特基二极管碳化硅MOS MOSFET/SiC肖特基二极管封装

型号- SCF60R190C,SFD3006T,SFD6003T,SGP104R5T,SFS0406T4,SFM6005DT,SFD7N70,SFW90N25,SFQ0320T4,SFD18N20,SFM4009T,SFE6001T2,SFM6004T5,SFK2N50,SFF60N06,SFN4006T5,SFM0420T4,SFP10003PT,SFF18N20,SCF65R190TF,SFD2N50,SFM4004PT,SFS6003PT,SFP33N10,SFS4010T,SGS6001T4,SGP6008T,SFS3401,SFQ0318T4,SC3D40120D,SFS3400,SFK1N65,SCD65R960C,SFS4010T2,SFF5N80,SFS0407T4,SFS3407,SFD6005T,SFD10003PT,SFD7N50,SFM6005ST,SFF18N50,SFP40P10,SGS15HR430T,SFA10015T,SFP50N06,SCF65R640C,SFD3003T,SFQ0322T4,SFF12N65,SFD6006T,SGD105R5T,SFP11P20,SFD6N70,SFS6007T,SGM10HR14T,SCF65R380C6,SFS3400.A,SFS3001T2,SCD70R600C,SFQ0420T4,SCF60R580C,SGXXXXXPT,SGM062R3T,SFS4525T,SFD3004T5,SFS3401A,SGM066R5T,SFN3009T,SGM031R7T,SFB11N90,SCD70R900C,SFU3006T,SFP9N20,SFA110P06,SFR0305T2,SFF50N06,SFD6007T,SCD80R500S,SC3D08065G,SCF65R380C,SFD4006T,SC3D08065I,SFN0315T4,SFN3003PT,SFA6005T,SFS4008T2,SFS2300,SGP157R5T,SFS2301,SFM10015T,SFH8402DW,SC3D04065E,SCU70R900C,SCF60R280C,SFS2304,SFS2303,SFF13N50,SFS2305,SC3D04065I,SFF7N50,SCF65R540T,SFD50N06,SFP20007,SFU18N20,SGP104R0T,SCD65R1K2C,SFN0330T2,SFD6008T,SGM107R7T,SC3D04065A,SFM4010T,SFF20N50,SC3D20065D,SFP40N20,SFS0307T4,SFD3012T,SFF7N65,SCD60R580C,SFU5N20,SC3D10065A,SGM105R0T,SCF65R310C,SCF60R360C6,SFS0405T4,SC3D10065G,SC3D10065I,SFP6P10,SFM4005DT,SC3K080120,SCK65R1K15C,SFW50N25,SFU4N65,SFN0413T4,SFD5N65,SFP30P10,SFM10003PT,SC3D08065A,SFP18P10,SFD4N90,SFF7N70,SCF60R125C,SFXXXXXPTX,SFD4006PT,SFD4003T,SCF70R600C,SFF6005T,SFS0306T4,SCF80R950C,SGA104R0T,SFD3010T,SFE3007T,SFD5N50,SFP3006T,SFP3018T,SFP18N20,SGP103R0T,SCW65R075CF,SCF65R170C,SFS6012T2,SGD6008T,SGM041R8T,SFD4001PT4,SFD4001PT5,SFF8N65,SFN3006PT,SC3K040120,SGM6008T,SFD4N70,SCW60R030CF,SFB50N25,SCW65R041CF,SFP6005T,SFS2013PT,SCF70R420C,SCW65R090C,SGM031R1T,SCD70R420C,SC3K075120,SFD33N10,SCW65R099TF,SFP5P03,SCF60R160C,SFR0206T2,SFD4N65,SC3D15120H,SFS2N7002,SFF33N10,SCF70R360C6,SFD2008T,SFN3003T,SFS2302B,SGM109R5T,SFM6008T,SFD3006PT,SFD6003PT,SGA104R5T,SFF20N65,SFK4N65,SFB90N25,SFD5N20,SFR0205PT2,SGM030R7T,SFF8N80,SC3D30065D,SFN3002T,SFU9N20,SFD7N65E,SFD9N65,SFD4004PT,SFF20N70,SGM042R4T,SFP6007T,SFS3401B,SFS4435,SFU6003T,SGU6008T,SFM0430T2,SFF10N70,SCF60R360C,SFD2006T,SC3D06065E,SC3D06065G,SFP75P55,SC3D10120H,SFF3N80,SC3D06065A,SCD70R600C6,SCD65R380C,SFD14N25,SC3K015120,SFSAP4580,SFS6010T2,SCD65R540T,SGP105R5T,SFF4N65,SFF10N65,SC3D30120H,SFM0320T4,SC3D30120D,SC3D16065A,SC3D16065D,SC3D16065G,SFP27P20,SC3K050120,SFU6005T,SFW10P04,SFD3N50,SFF4N70,SFM10008T,SFF9N90,SCXXXXXXXXFX,SFD2003T,SFN0318T2,SFD3009T,SFM3011T,SFD6005PT,SC3K032120,SFP110N55,SFF16N65,SC3D12065A,SFF10N80,SFF5N50,SC3D12065G,SGD10HR20T,SC3D12065I,SC3D20120H,SFP59N10,SFN6004T5,SXXXXXXX,SFD9N20,SCF65R240C,SC3D06065I,SCD65R640C,SFS2012PT,SGA105R5T,SFN0250T2,SFM3012T,SC3D20120D,SGM041R3T

选型指南 - HI-SEMICON - 2022/11/18 PDF 中文下载

碳化硅：第三代半导体材料的性能优势与应用前景

经过第一代硅基半导体、第二代的砷化镓半导体，半导体材料发展已经来到了属于碳化硅、氮化镓的第三代。碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。

行业资讯发布时间 : 2024-11-11

SiC-MOSFET让汽车及工业设备更小更高效，宽耐压，开关损耗降低50%

世强硬创联合瑶芯微，爱仕特，派恩杰，瞻芯电子，中电国基南方，带来让汽车及工业设备更小更高效的SiC MOSFET系列产品，最高1700V宽耐压，开关损耗降低50%。

活动发布时间 : 2023-04-14

【方案】30~80kW组串式光伏逆变器优选器件方案

描述- 该方案针对30~80kW的组串式光伏逆变器，采用多路BOOST升压电路，减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加发电量。逆变侧采用T型三电平拓扑，开关频率支持16kHz（最佳频率点），效率最高可达98.54%。辅助电源采用1700V耐压SiC MOSFET，单端反激电源可直接应用在1000V母线系统。同时，在BOOST升压电路和逆变电路中均采用IGBT模块设计，集成度更高。

型号- MKS4J022202D00MSSD,10-FZ12NMA080NS03-M260F,0505025.MX52LEP,TFLEX HD300,BGM111,C2M1000170D,EFR32MG13P732F512GM48-C,RBN75H125S1GP4-A0,10-FY12NMA160SH01-M820F18,KT05,PS9402,SGM6022,MLX91208,28R1101-000,28R0610-000,30-FT12NMA160SH-M669F28,PS9031,LSIC2SD120E30CC,30-FT12NMA200SH-M660F08,LXXXX 15.00/05/90 4.5SN GR,28R1476-100,92ML,LX 15.00/05/90 4.5SN GR BX,MKS4J033305D00KSSD,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,28R1953-000,PS9531L3,SI86XX,28B0141-000,WDU50N,SGM6032,WGM110,R5F56514FDLJ,C4D30120D,WDU70N,RBN40H125S1GPQ-A0,C2M0080120D,V23990-P629-L43,SGM2019,LSIC1MO120E0080,SID11X2K,SI8261BCD-C-IS

优选器件方案 - WEIDMUELLER,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,WIMA,RENESAS,VINCOTECH,STANDEX-MEDER,II-VI MARLOW,WOLFSPEED,PI,ROGERS,MELEXIS,SGMICRO - V2.1 PDF 中文下载

碳化硅功率半导体在新能源汽车领域的应用

新能源汽车是“中国制造2025”战略的重点领域之一。在未来5年内，中国将超越美国，成为全球最大的电动汽车市场。中瑞宏芯在制造碳化硅器件领域的专有技术能够为电动汽车应用提供完整的解决方案。中瑞宏芯的产品可用于新能源汽车OBC、HV-LV DC-DC转换器、电驱逆变器、充电桩及电动空调压缩机控制器、PTC加热器等。

技术探讨发布时间 : 2024-11-08

瞻芯电子SiC MOSFET选型表

瞻芯电子提供以下参数选型：汽车级&工业级，VDS（V）：650V~1700V，RDS(ON) ：15mΩ~10000mΩ。

产品型号	品类	Qualification	VDS（V）	RDS(ON) （mΩ）	ID（TC=25°C）（A）	VTH（ TJ =25°C）（V）	VTH（ TJ =175°C）（V）	Qg（nC）	Operating Junction Temperature（°C）	Package
IV2Q06025T4Z	SiC MOSFET	汽车级	650V	25mΩ	99A	2.8V	2.0V	125.0nC	-55°C to 175°C	TO247-4

选型表 - 瞻芯电子立即选型

【视频】蓉矽高可靠性SiC功率器件在光储充与新能源汽车上的应用

型号- NCD30S40TTD,NC1M120C12HT,NC1M120C12W,NC1D120C10AT,NCD30S20TTD,NC1D120C20KT,NC1D120C30KT,NC1M120C40HT,NC1M120C75HT

商品及供应商介绍 - NOVUSEM PPTX 中文下载

【元件】瑞之辰推出首款SiC MOSFET PIM模块，可替代硅基IGBT芯片的模块，系统损耗降低三分之一

又有一家国内企业在车规级SiC技术的研发和应用方面实现了新的突破。深圳市瑞之辰科技有限公司推出了首款基于SiC MOSFET技术的PIM模块，实现了对硅基IGBT芯片的模块替代，在系统损耗方面降低了三分之一。与此同时，这款产品在技术上突破传统PIM模块灌封封装模式，模块体积减少约57％，而且使用了瑞之辰自主研发的10项工艺创新，模块可靠性得到大幅提升，非常适用于新能源汽车、充电桩、储能等新兴领域。

产品发布时间 : 2024-11-01

1700V SiC MOSFET在大功率能源及工业领域的应用

1700V SiC MOSFET的低开关损耗可提高开关频率，且每个单元的总体尺寸大幅减小。同时，1700V的高阻断电压还可减少达到相同直流电压所需的单元数。在以上种种简化和优化后，终端应用的系统可靠性大大提升，而更少的有源开关和栅极驱动器也降低了整体成本。SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。

应用方案发布时间 : 2024-06-18

昕感科技将携SiC器件、SiC功率模块以及电源模组方案亮相2024慕尼黑上海电子展

2024年7月8号-10号，慕尼黑上海电子展将在上海新国际博览中心隆重举行。昕感科技作为大功率器件及模组解决方案IDM厂商，将携SiC器件、SiC功率模块，以及电源模组方案亮相。最新推出的1200V/7mΩ、1200V/13mΩ SiC MOSFET将会现场展出。展位号: E3馆 3166。

原厂动态发布时间 : 2024-07-05

SiC产业技术与产能差距缩小，瑞之辰发挥碳化硅优势

近年来，中国新能源汽车市场发展迅猛。有数据预计2024年中国新能源汽车销量可能将达到1200-1300万辆，市占率可能超过45%。随着新能源汽车对于能源转换效率、充电效率、续航时间等要求越来越高，推动了对高功率密度、耐高温、耐高压、体积更小等优势的SiC功率硅器件需求的快速增长。随着全球SiC材料产能的快速扩张，预计到2026年全球SiC市场将会出现产能过剩。

行业资讯发布时间 : 2024-10-30