SiC晶體管幾乎適用于任何開(kāi)關(guān)模式電源，它們的優(yōu)越特性使其在汽車(chē)電氣系統(tǒng)中更為明顯，比如具有功率因數(shù)校正(PFC)的AC-DC電源，DC-DC轉(zhuǎn)換器，車(chē)載充電器(OBC)，逆變器，LiDAR以及用于全電動(dòng)或自動(dòng)駕駛車(chē)輛的電路。

一些非汽車(chē)應(yīng)用包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，光伏(PV)逆變器，PV充電器，不間斷電源(UPS)以及網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器電源。所有這些應(yīng)用都可以從SiC設(shè)計(jì)帶來(lái)的更高效率中受益。

SiC優(yōu)勢(shì)

電源設(shè)計(jì)的工程師已經(jīng)意識(shí)到SiC晶體管確實(shí)是新開(kāi)關(guān)模式設(shè)計(jì)的最佳選擇，雖然它們可能比替代品貴一點(diǎn)，但它們提供了更多優(yōu)勢(shì)。以下是SiC與MOSFET和IGBT相比的優(yōu)勢(shì)：

高耐壓。大多數(shù)SiC器件都能夠處理650至1700 V的電壓，在高壓應(yīng)用中，它們可以替代某些IGBT。

具有可處理超過(guò)100 A的版本的高電流能力。

切換速度更快，速度高達(dá)1 MHz。

超低導(dǎo)通電阻，最高數(shù)百毫歐。

更好的導(dǎo)熱性，這意味著對(duì)于給定的功耗，溫度上升最小。

更低的關(guān)斷損耗，更低的導(dǎo)通損耗和更低的柵極電荷。

較小的物理尺寸。

符合AEC-Q101的汽車(chē)級(jí)認(rèn)證。

典型設(shè)備

圖1：安森美半導(dǎo)體的SiC FET采用TO-247封裝。

安森美的SiC MOSFET是安森美半導(dǎo)體的NTHl080N120SC1(圖1)。主要功能包括：

最大漏源電壓為1200 V.

最大連續(xù)電流為31至44 A，具體取決于環(huán)境溫度。

典型導(dǎo)通電阻<110mΩ。

建議柵極 - 源極電壓為-5至+20 V.

功耗為58至348 W，具體取決于環(huán)境溫度。

TO-247包裝。

使用SiC進(jìn)行設(shè)計(jì)

使用SiC晶體管進(jìn)行設(shè)計(jì)與使用傳統(tǒng)硅MOSFET和IGBT進(jìn)行設(shè)計(jì)不同。主要區(qū)別與門(mén)驅(qū)動(dòng)的要求有關(guān)。使用標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型MOSFET時(shí)，您可以放心，當(dāng)超過(guò)柵極閾值電壓(VTH)時(shí)，MOSFET完全導(dǎo)通。 VTH的范圍從幾伏到最大約10V。

對(duì)于驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET，柵極 - 源極閾值VTH必須在20 V范圍內(nèi)，以確保在源極和漏極之間建立良好的電流通道。但那還不是全部。要關(guān)閉器件，柵極上需要-3到-10 V的負(fù)電壓。早期，SiC的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)都采用分立元件搭配，現(xiàn)在已經(jīng)變成了集成IC。

安森美半導(dǎo)體的NCP51705就是一款通用驅(qū)動(dòng)IC，可搭配安森美或其他品牌的SiC器件，該驅(qū)動(dòng)器提供分離的輸出級(jí)，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的開(kāi)啟和關(guān)閉調(diào)節(jié)。源和接收能力為6 A。

NCP51705還提供5V的電源軌，可以為光隔離器等外部電路供電。IC的保護(hù)功能包括了偏置的欠壓鎖定監(jiān)控和基于驅(qū)動(dòng)器結(jié)溫的熱關(guān)斷功能。

汽車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)例

電動(dòng)汽車(chē)(EV)和混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)需要高壓交流轉(zhuǎn)直流和輔助電池的OBC。圖2顯示了這種系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖。標(biāo)準(zhǔn)橋式整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓，經(jīng)過(guò)功率因數(shù)校正。全橋DC-DC轉(zhuǎn)換器為諧振反激式轉(zhuǎn)換器提供輸入，該轉(zhuǎn)換器將電壓調(diào)節(jié)至更高水平，并將其整流為為主電池充電的最終直流電。當(dāng)前的電池電壓在300至900V范圍內(nèi)，單獨(dú)的電路產(chǎn)生低電壓(12 V或48 V)，為用于所有其他電氣和電子組件的電池充電，例如車(chē)輛照明和信息娛樂(lè)。

圖2：這種簡(jiǎn)化的板載充電器利用SiC器件來(lái)提高效率，可同時(shí)處理高電壓和電流。

驅(qū)動(dòng)主車(chē)輛電機(jī)的EV中的直流 - 交流逆變器也是SiC的應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)在在許多設(shè)計(jì)使用IGBT，如圖3所示，也可以用SiC器件代替。

3. EV電機(jī)驅(qū)動(dòng)器逆變器中使用的IGBT現(xiàn)在可以用SiC MOSFET取代。

PFC和DC-DC轉(zhuǎn)換器是SiC應(yīng)用的主要目標(biāo)，因?yàn)樗鼈兙哂懈唠妷?，高電流和高速開(kāi)關(guān)能力。