代碳化硅（SiC）半导體(tǐ)器件具有(yǒu)值得称道的性能(néng)，使得越来越多(duō)的应用(yòng)领域切实获益。但是随着電(diàn)动車(chē)（EV）、可(kě)再生能(néng)源和5G等行业的创新(xīn)步伐越来越快，越来越多(duō)的工程师在寻找新(xīn)的解决方案，对功率开关技术的要求也越来越高，以求满足客户和行业需求。

碳化硅由碳和硅两种元素组成，它们在银河系中极為(wèi)丰富，含量分(fēn)别排在第四位和第八位。虽然如此，但碳化硅很(hěn)少在地球自然界中出现，仅在陨石和部分(fēn)岩石沉积物(wù)中有(yǒu)少许痕迹。不过，它可(kě)以用(yòng)人工方法相当轻松地合成，并已经作為(wèi)研磨料（金刚砂）使用(yòng)了一个多(duō)世纪。甚至在電(diàn)子器件中，它也在早期无線(xiàn)電(diàn)中作為(wèi)检波器使用(yòng)，而且第一个LED效应是于1907年利用(yòng)SiC晶體(tǐ)产生的。

在電(diàn)力電(diàn)子學(xué)中，我们知道SiC是一种宽带隙（WBG）半导體(tǐ)，它拥有(yǒu)革命性的功率转换性能(néng)，能(néng)在高频下生成以前无法获得的效率数据，并具有(yǒu)相关无源元件较小(xiǎo)带来的其他(tā)附带优点，尤其是磁性元件。这些都会带来成本、重量和體(tǐ)积节省。

SiC FET共源共栅引领宽带隙封装

按绝对值计算，对于650V器件，SiC FET实现了不到7mΩ的开态電(diàn)阻，对于1200V额定值，则不到10mΩ，同时价格与Si相差无几。鉴于UnitedSiC在SOT-227形式中证明的2mΩ，1200V性能(néng)，模块封装中的并联零件会表现得更好（图1）。

【图1 在额定值為(wèi)1200V，2mΩ的SOT-227封装中的六个SiC FET。】

SiC FET的一个主要应用(yòng)是，在易驱动且兼容的栅极驱动和受欢迎的TO-247封装的帮助下，作為(wèi)Si-MOSFET和IGBT的插入式替代品。现有(yǒu)应用(yòng)，尤其是使用(yòng)IGBT的应用(yòng)，开关频率可(kě)能(néng)会低，但是新(xīn)设计可(kě)以在新(xīn)的可(kě)用(yòng)DFN8x8封装中利用(yòng)SiC FET的高频和高边际变化率能(néng)力。这会让電(diàn)感显著降低，使其成為(wèi)LLC和相移全桥转换器等软硬开关应用(yòng)的理(lǐ)想选择。通过SiC FET沟道进行的固有(yǒu)反向传导可(kě)充当低损耗、快速恢复體(tǐ)二极管，也对这方面有(yǒu)益。

作為(wèi)IGBT和Si-MOSFET的直接替代品，SiC FET用(yòng)于升级電(diàn)动机驱动、UPS逆变器、焊机、大功率交直流和直流转换器等等。在電(diàn)动机驱动应用(yòng)中，可(kě)以在不改变开关频率的情况下不断提高效率，同时沟道中的静态和动态损耗会降低，栅极驱动電(diàn)流也会减小(xiǎo)，这会使得IGBT耗散大量功率，而Si-MOSFET耗散的功率更多(duō)。

通常会对栅极驱动元件进行调整，实施简单更改，以降低SiC FET的开关速度。还可(kě)以考虑其他(tā)益处，如降低缓冲電(diàn)路的體(tǐ)积，甚至去掉整流二极管，该二极管在IGBT驱动中是必需的，但是可(kě)以被SiC FET體(tǐ)二极管效应有(yǒu)效替代。在電(diàn)动車(chē)電(diàn)动机驱动逆变器应用(yòng)中，会有(yǒu)一些效率增益，如果频率提高，相比IGBT解决方案，電(diàn)动車(chē)電(diàn)动机可(kě)以更高效平稳地运行。在工业和汽車(chē)驱动中，效率提高可(kě)以解决对更小(xiǎo)的體(tǐ)积和更長(cháng)的单次充電(diàn)行驶里程的迫切需求。

車(chē)载和静态電(diàn)动車(chē)電(diàn)池充電(diàn)器也都使用(yòng)SiC FET获得优势。在这种情况下，低损耗、高频率运行可(kě)以允许输出滤波器中使用(yòng)小(xiǎo)得多(duō)的磁性元件，从而降低重量、體(tǐ)积和成本，进一步提高車(chē)载充電(diàn)机实现的電(diàn)动車(chē)单次充電(diàn)行驶里程。使用(yòng)SiC FET、在100kW+電(diàn)平下运行、直流输出電(diàn)压為(wèi)400V或800V的路边快速充電(diàn)器也因此受益，效率节省超过IGBT。按需并联的独立SiC FET器件通常很(hěn)实用(yòng)且成本较低，是昂贵的IGBT模块的替代品。整體(tǐ)看来，可(kě)以节省成本和散发到环境中的能(néng)量。

在包括大功率交直流和直流转换器在内的所有(yǒu)功率转换领域中，有(yǒu)越来越多(duō)的新(xīn)设计使用(yòng)SiC FET。在从头开始设计时，可(kě)以发挥出器件的全部潜力；后接谐振转换级的图腾柱功率因数校正能(néng)实现非常高的效率，无论是LLC还是带同步整流的相移全桥，它们都使用(yòng)SiC FET在高频下开关。之后，在冷却硬件、滤波和能(néng)量存储磁性元件、電(diàn)容器、缓冲電(diàn)路、外壳等方面都会发生后续节省，这些都能(néng)降低总系统成本并降低碳排放。

SiC FET的性能(néng)惊人，但是设计师总是想要更多(duō)，节省能(néng)量和成本并同时提高功能(néng)的压力让这种性能(néng)需求更加迫切。迅速扩张的市场有(yǒu)5G基础设施、電(diàn)动車(chē)/混合动力車(chē)、可(kě)再生能(néng)源发電(diàn)和数据中心，而且在所有(yǒu)情况下，下一代SiC FET技术都能(néng)在实现更好的性能(néng)方面发挥作用(yòng)。

【图2. 引人注目的SiC FET特性及其比例变化、进化方向。蓝色表示现在，橙色表示未来可(kě)能(néng)情形。】

封装也将发展

未来世代