在开关电源中，如何充分利用SiC器件的性能优势？

时间： 2024-03-01 来源：森国科

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SiC MOSFET,KM040120-R,KM040120-J,K3M080120-R

在过去的几十年中，半导体行业采取了许多措施来改善基于硅MOSFET，以满足开关电源设计人员的需求。第三代半导体的出现为人们解决了这一忧虑，其中碳化硅场效应管(SiC MOSFET)，表现出了更低的寄生参数满足开关电源（SMPS）的设计要求。国内领先的第三代宽禁带半导体领先企业森国科推出的1200V和1700V SiC MOS目前支持送样，部分量产中。

碳化硅MOSFET越来越多用于通信电源、服务器电源和快速增长的电动汽车电池充电器市场等领域。MOSFE管之所以有如此的大吸引力，在于与它们具有比硅器件更出众的可靠性，在持续使用内部体二极管的连续导通模式（CCM）功率因数校正（PFC）设计，例如图腾功率因子校正器的硬开关拓扑中，碳化硅MOSFET可以得到充分利用。此外，碳化硅MOSFET也可应用更高的开关频率，因而可以实现体积更小，更加紧凑的电源转换器设计。

碳化硅器件的体二极管正向电压（VF）是硅器件的四倍。如果不对电路进行相应调整，很有机会在谐振LLC转换器上在轻负载时效率可能下降多达0.5％。设计人员还应注意，如果要在CCM图腾PFC设计中获得最高的峰值效率，则必须通过打开碳化硅MOSFET沟道而不是只通过体二极管进行升压。

另一个要考虑的因素是器件结壳热阻，这方面SiC MOSFET稍有优势，由于SiC二极管芯片尺寸较小，在相同封装情况下，SiC二极管热阻为1.0K/W（IMW65R048M1H），而SiC MOSFET则为0.8K/W（IPW60R070CFD7），但实证明这些热阻的差异在实际设计中可以忽略。

从器件参数上，在芯片温度100°C时，碳化硅二级管有较低的倍增系数（multiplication factor，K），约为1.13，而SiC MOS则为1.67，这意味着在芯片温度100°C时的工作温度下，一个84mΩ的SiC二极管器件具有与57mΩ SiC MOSFET器件相同的RDS（on）。这也清楚地表明，仅仅比较数据手册中硅MOSFET和碳化硅MOSFET的 RDS（on）并不能反应实际导通损耗的问题。在芯片温度低范围，SiC二极管由于其较低的斜率倍增系数和对温度的低依赖性，让SiC二极管具有更高的击穿电压V（BR）DSS，因此比硅器件具有更大优势，这对于那些要求室外工作或需要在低温环境中启动的设备非常有帮助。

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