科普 | 碳化硅器件应用当中的六大“刻板印象“
损耗更低、效率更高的碳化硅器件，已成为功率半导体产业至关重要的角色。无论是在新能源、汽车电子还是在高温、高功率的工业应用环境中，碳化硅器件都展现出了澎湃的性能和蒸蒸日上的影响力。
新兴技术的发展往往伴随一系列误解，这些刻板印象一旦形成，很可能会影响下游企业的决策和投资策略，甚至会影响终端消费的市场走向。
▲图源网络
1. 碳化硅器件价格更贵?
几年前，由于碳化硅半导体是全新技术，研发和沉没成本较高，因此碳化硅解决方案的成本通常比硅基更高。这导致了碳化硅解决方案更昂贵的观念深入人心。
但如果考虑的是整个系统或终端产品的成本，结果便是另当别论。
整体成本：使用碳化硅器件很可能会减少冷却和封装的需要，或者可以使用更小的电感和电容，这意味着更低的总体系统成本。
高效与节能：碳化硅的应用中提供了更高的效率，这意味着在其整个使用寿命中，它们可能会节省更多的能源。因此，从长期运行成本的角度看，碳化硅可能提供更好的性价比。
技术成熟度：随着技术发展和生产规模扩大，碳化硅器件的生产成本实际上已逐渐降低。
▲碳化硅器件成本预测 | 图源: PGCConsultancy
2. 碳化硅只能替代硅IGBT?
实际上，碳化硅MOSFET也可替代硅MOSFET。
这可以从两个重要指标来看：RDS(ON)·Qg品质因数(FOM)和反向恢复电荷(Qrr)。FOM=RDS(ON) · Qg这个指标将导通损耗与栅极电荷联系起来——栅极电荷会在栅极驱动电路中产生与频率有关的动态损耗，但这些损耗只有在非常高的开关速率下才变得重要，因为碳化硅MOSFET的Qg非常低。这个指标可以反映开关应用中MOSFET的较高效率。
▲SMC已量产的碳化硅MOSFET器件
Qrr是当MOSFET处于正向偏置时，该二极管的PN结所累积的电荷。在大多数应用中，电流在每个开关周期都会流过体二极管两次而导致电荷累积。之后的电荷释放，要么是在MOSFET内部，要么是以附加电流 (Irr) 的形式短暂的流过高侧MOSFET，而在系统中造成额外的损耗。
碳化硅MOSFET的这两个指标比硅MOSFET更优，因此也能在功率因数校正 (PFC) 和同步升压等硬开关应用中对硅MOSFET形成完美的替代。
3. 碳化硅可靠性不如硅器件?
与硅材料相比，碳化硅材料拥有更宽的禁带，碳化硅器件也具备更好的抗雪崩能力。这是因为其热生载流子浓度比硅基器件要小得多。
另一方面，虽然碳化硅器件由于其尺寸较小，因此其短路耐受时间要比硅IGBT短，但仍然可以通过使用带短路保护的碳化硅栅极驱动器来确保系统的耐用性。
▲图源网络
4. 碳化硅不适合高频应用?
随着技术发展，碳化硅裸晶圆面积已显著减小，从而增强了其高频工作性能。因此，碳化硅器件可应用于100kHz的PFC和200-300kHz的软开关LLC等应用。
沟槽和共源共栅等新兴碳化硅MOSFET技术，还可进一步提高高频应用的性能。
▲两种不同的碳化硅MOSFET设计 | 图源网络
5. 碳化硅器件只适合电车领域?
由于碳化硅在电动汽车牵引逆变器中取得了成功，很多人认为它只适合电车相关应用。
然而，几乎所有应用领域都需要提高功率密度和工作效率，这也就意味着碳化硅可以在光伏、能源存储、医疗、航空等各个领域大放异彩。
▲电车领域的碳化硅应用 | 图源网络
6. 碳化硅器件面临升压难题?
在面世初期，碳化硅器件主要用于650V及以下的工作环境，如AC-DC电源转换应用中，碳化硅可以提供更高的效率和更小的体积。
但随着800V电车平台及1500V光伏系统的发展，碳化硅器件已经证明了可以耐受更高电压。
事实上，SMC研发的1700V碳化硅器件已投入量产，3300V碳化硅器件也已进入测试阶段。
▲三种抑制栅极误导通的方法 | 图源网络
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。
2015年，SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造，并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件，可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。
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