對于那些不熟悉電力電子最新發展的人來說，現在有些組件不再以硅為基礎制造，而是以碳化硅制成，這可能聽起來有點奇怪。這種材料本身以及由此產生的半導體(如 MOSFET)的生產比硅的要求要高得多。然而，盡管最初存在所有技術障礙，SIC MOSFET 已在市場上確立了自己作為 IGBT 和 Si MOSFET 的高性能替代品的地位。它們用于依賴高效率或體積是主要考慮因素的各種電力電子電路中。典型的應用包括開關電源、光伏系統和電動汽車的電機驅動器。尤其是對于后者，對半導體和性能的需求越來越大，要求也越來越高。作為 SiC MOSFET 技術領域的市場領導者之一，ROHM 推出了新一代產品，以滿足日益增長的需求。

　　這不僅涉及引入新的 MOSFET 功率半導體，還涉及擴大生產設施。隨著日本 Apollo 筑后工廠的新半導體工廠和紐倫堡 SiCrystal(生產碳化硅半導體晶片)的擴建，ROHM 正在大幅提高生產能力。這也通過將晶片直徑從 100 毫米增加到 150 毫米來支持。通過這些前瞻性的舉措，ROHM 預測了未來的需求，從而為技術進步奠定了堅實的基礎。

　　新一代 SiC MOSFET

　　近幾年來，SiC MOSFET 技術不斷發展，早年遇到的障礙早已不復存在。2015 年，ROHM 率先在市場上推出 SiC Trench MOSFET，現在，該技術正在進一步發展：第四代。與舊技術相比，第四代技術具有明顯優勢：電流密度增加，芯片尺寸更小(與第三代相比，相同芯片面積的 Rds,on -40%)。此外，ROHM 還調整了內部電容，使元件能夠更快切換，損耗更小。最終，我們打造出一款符合時代需求的現代元件。

　　采用該技術計劃生產的產品范圍十分廣泛。從采用不同金屬化工藝的未封裝芯片到采用經典 TO 封裝的分立元件，再到用于電動汽車的現代緊湊型模塊。表 1 顯示了新開發產品的概覽。此列表不斷擴展，以盡可能多地涵蓋工業和汽車領域的應用。所列產品為用于通孔或表面貼裝的分立元件。其中，具有源輔助連接的封裝(例如 TO-247-4L 和 TO-263-7L)優于 TO-247N 封裝，因為 MOSFET 可通過附加輔助連接的可用性實現最佳驅動，從而降低開關損耗。TO-263-7L 是 SMD 可貼裝封裝的絕佳選擇。它可顯著降低寄生電感，并可在 SMD 組裝過程中實現自動安裝。如果希望在封裝中實現更長的爬電距離，TO-247-4L 封裝就是最佳選擇。這樣無需采取灌封等其他措施即可滿足 IEC 60664-1 標準的爬電距離要求。

　　安全短路檢測無問題

　　降低 Rds,on 值的限制因素之一是 MOSFET 的短路耐受性。相同芯片尺寸的 Rds,on 值越小，發生短路時 MOSFET 上的負載就越大，除非在芯片級采取應對措施。在第 4 代中，半導體結構發生了變化，從而實現了元件的良好短路耐受性，這為具有 DESAT 功能的商用快速柵極驅動器 IC 提供了足夠的時間來檢測并安全關閉短路。

　　圖 1 顯示了硬短路期間 MOSFET SCT4036KR 的電流和電壓水平。在這種情況下，使用了柵極驅動器 IC BM6112FV-C，它通過漏源電壓提供短路檢測功能(經典 DESAT 方法)。在這種情況下，短路檢測時間為 860 ns?？偟膩碚f，短路大約需要 1.6 μs 才能完全關閉而不會損壞 MOSFET。因此，使用這些組件可以安全快速地執行短路關斷。

　　新組件評估套件

　　新技術在充分利用它們方面也帶來了新的挑戰。為此，ROHM 提供了相應的評估套件 (EVK)。由于半橋配置是電力電子中最常見的拓撲結構之一，因此已經開發了兩個 EVK 來處理它。圖 2 顯示了表面貼裝版本。這是一個簡單的電路。它包含 MOSFET、柵極驅動器、備用電容器和端子。一個 EVK 專為 THT 封裝中的 MOSFET 設計(TO-247-4L- 和 TO-247N 的變體)，另一個專為 SMT 封裝設計。布局和組件選擇可作為進一步設計的參考。對于快速開關組件，必須特別注意確保布局、柵極驅動器和支持電容器的選擇和排列最佳。如果不是這種情況，組件的效率將會降低。

　　EVK 可以將開關用作降壓和升壓轉換器或單相逆變器。當然，也可以僅在脈沖模式下操作，以探索組件在特定條件下的動態行為。柵極控制由簡單的 IC BM61x41RFV-C 實現，該 IC 提供隔離、米勒鉗位和 UVLO 功能。輔助電源有兩種不同的方法：基于 BD7F200EFJ-BE2(THT EVK)的每個開關使用單獨的反激式轉換器，以及基于 BU4S584G2 和 BD62120AEFJ(SMD EVK)的自振蕩半橋和帶有獨立次級繞組的變壓器。在這兩種 EVK 中，都可以通過羅氏線圈或同軸分流電阻檢測開關的電流特性。

　　高效運行

　　ROHM 使用 SMD 開關的 EVK 作為降壓轉換器來研究 MOSFET 的性能。本次調查的目的是確定當 SCT4062KW7 MOSFET 在 45 kHz 的開關頻率下工作時可以實現的效率。輸入電壓為 800 V，輸出電壓為 400 V。圖 3 顯示了不同輸出功率下的 DC/DC 轉換器的效率曲線?？梢钥闯?，在 2500 W 時實現了略低于 99% 的效率。

　　測試了兩種變體：在第一種配置中，按照數據表中的建議，使用了 18 V 的柵極-源極電壓。此外，對 15 V 的電壓重復測量。根據曲線可以看出，兩種操作模式幾乎沒有區別。只有在 15 V 柵極-源極電壓的情況下，測得的外殼溫度略高。這意味著新一代 SiC MOSFET 可以更靈活地使用，因為它們不一定需要像過去那樣用 +18 V 驅動。

　　摘要

　　碳化硅 MOSFET 的市場接受度不斷提高，表明這些元件是電力電子技術發展的重要組成部分。憑借第 4 代產品，ROHM 正在為這一趨勢做出貢獻。由于這些 MOSFET 的性能得到改善，現在可以實現更高的效率和更緊湊的設計。

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