碳化硅SiC MOSFET特性

3.3 碳化硅SiC MOSFE Vd‐Id 特性

SiC‐MOSFET 与IGBT 不同，不存在开启电压，所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。

而Si‐MOSFET 在150℃时导通电阻上升为室温条件下的2 倍以上，与Si‐MOSFET 不同，SiC‐MOSFET的上升率比较低，因此易于热设计，且高温下的导通电阻也很低。

3.4 驱动门极电压和导通电阻

SiC‐MOSFET 的漂移层阻抗比Si‐MOSFET 低，但是另一方面，按照现在的技术水平，SiC‐MOSFET的MOS 沟道部分的迁移率比较低，所以沟道部的阻抗比Si 器件要高。因此，越高的门极电压，可以得到越低的导通电阻（Vgs=20V 以上则逐渐饱和）。如果使用一般IGBT 和Si‐MOSFET 使用的驱动电压Vgs=10～15V 的话，不能发挥出SiC 本来的低导通电阻的性能，所以为了得到充分的低导通电阻，推荐使用Vgs=18V 左右进行驱动。Vgs=13V 以下的话，有可能发生热失控，请注意不要使用。文章来源：http://www.igbt8.com/js/152.html

3.5 Vg‐Id 特性

SiC‐MOSFET 的阈值电压在数mA 的情况下定义的话，与Si‐MOSFET 相当，室温下大约3V（常闭）。但是，如果流通几A 的话，需要的门极电压在室温下约为8V 以上，所以可以认为针对误触发的耐性与IGBT 相当。温度越高，阈值电压越低。

3.6 Turn‐on 特性

SiC‐MOSFET/SiC‐SBD 封装一体化产品SCH2080KE 和同规格等级的Si‐IGBT/Si‐FRD 封装一体化产品分别搭成半桥电路，通过感性负载双脉冲测试对开关波形进行比较。

SiC‐MOSFET 的Turn‐on 速度与Si‐IGBT 和Si‐MOSFET 相当，大约几十ns。但是在感性负载开关的情况下，由通往上臂二极管的回流产生的恢复电流也流过下臂，由于各二极管性能的偏差，从而产生很大的损耗。

Si‐FRD 和Si‐MOSFET 中的体二极管的通常恢复电流非常大，会产生很大的损耗，而且在高温下该损耗有进一步增大的趋势。与此相反，SiC‐SBD 不受温度影响，可以快速恢复，SiC‐MOSFET 的体二极管虽然Vf 较高但是与SBD 相同，具有相当的快速恢复性能。通过这些快速恢复性能，可以减少Turn‐on 损耗（Eon）好几成。

开关速度极大程度上决定于外部的门极电阻Rg。为了实现快速动作，推荐使用几Ω左右的低阻值门极电阻。请考虑到浪涌电压，选择合适的门极电阻。

3.7 Turn‐off 特性

SiC‐MOSFET 的最大特点是原理上不会产生如IGBT 中经常见到的尾电流。SiC 即使在1200V 以上的耐压值时也可以采用快速的MOSFET 结构，所以，与IGBT 相比，Turn‐off 损耗（Eoff）可以减少约90%，有利于电路的节能和散热设备的简化?小型化。而且，IGBT 的尾电流会随着温度的升高而增大，而SiC‐MOSFET 几乎不受温度的影响。

另外，由于较大的开关损耗引起的发热会致使结点温度（Tj）超过额定值，所以IGBT 通常不能在20KHz 以上的高频区域内使用，但SiC‐MOSFET 由于Eoff 很小，所以可以进行50KHz 以上的高频开关动作。通过高频化，可以使滤波器等被动器件小型化。

开关速度较大程度取决于外部的门极电阻Rg。为了实现高频动作，推荐采用几Ω 左右的低阻值门极电阻。并请充分考虑浪涌电压，选择合适的门极电阻。

高频化使滤波器小型?轻量化

3.8 内部门极电阻
芯片内部门极电阻与门极电极材料的薄层阻抗和芯片尺寸相关。如果是相同的设计，芯片内部门极电阻与芯片尺寸呈反比例，芯片尺寸越小，门极电阻越大。SiC‐MOSFET 的芯片尺寸比Si 器件小，虽然结电容更小，但是同时门极电阻也就更大。1200V 80mΩ 的SiC‐MOSFET 产品的内部门极电阻大约为6.3Ω。
开关时间较大程度取决于外部门极电阻。为了实现快速开关，请确认好浪涌的状况，并选用几Ω左右的尽量小阻值的外部门极电阻。
3.9 门极驱动电路
SiC‐MOSFET 是一种易于驱动、驱动功率较少的常闭型?电压驱动型的开关器件。基本的驱动方法和IGBT 以及Si‐MOSFET 一样。推荐的驱动门极电压，ON 侧时为+18V 左右，OFF 侧时为0V。在要求高抗干扰性和快速开关的情况下，也可以施加‐3～‐5V 左右的负电压。
以下是采用ROHM 的驱动IC（BM6103FV‐C）并提供+18V/‐4V 电压时的电路图。当驱动大电流器件和功率模块时，推荐采用缓冲电路。
为了实现快速开关，外部门极电阻请选择几Ω 左右的低阻值。

3.10 体二极管的 Vf 和逆向导通
与Si‐MOSFET 一样，SiC‐MOSFET 体内也存在因PN 结而形成的体二极管（寄生二极管）。但是由于SiC 的带隙是Si 的3 倍，所以SiC‐MOSFET 的PN 二极管的开启电压大概是3V 左右，比较大，而且正向压降（Vf）也比较高。以往，当Si‐MOSFET 外置回流用的快速二极管时，由于体二极管和外置二极管的Vf 大小相等，为了防止朝向恢复慢的体二极管侧回流，必须在MOSFET 上串联低电压阻断二极管，这样的话，既增加了器件数量，也使导通损耗进一步恶化。然而，SiC‐MOSFET的体二极管的Vf 比回流用的快速二极管的Vf 还要高出很多，所以当逆向并联外置二极管时，不需要串联低压阻断二极管。文章来源：http://www.igbt8.com/js/152.html
体二极管的Vf 比较高，这一问题可以通过如同期整流一样向门极输入导通信号使其逆向导通来降低。逆变驱动时，回流侧的臂上多数是在死区时间结束之后输入门极导通信号（请确认使用中的CPU 的动作），体二极管的通电只在死区时间期间发生，之后基本上是经由沟道逆向流过。因此，即使在只由MOSFET（无逆向并联的SBD）构成的桥式电路中，体二极管的Vf 较高也没有问题。另外，恢复特性如3.11 节所述非常快速。
源极到漏极的电流路径

3.11 体二极管的恢复特性
SiC‐MOSFET 的体二极管虽然是PN 二极管，但是少数载流子寿命较短，所以基本上没有出现少数载流子的积聚效果，与SBD 一样具有超快速恢复性能（几十ns）。因此Si‐MOSFET 的体二极管与IGBT 外置的FRD 相比，其恢复损耗可以减少到IGBT 外置的FRD 的几分之一到几十分之一。
体二极管的恢复时间与SBD 相同，是恒定的，不受正向输入电流If 的影响（dI/dt 恒定的情况下）。在逆变器应用中，即使只由MOSFET 构成桥式电路，也能够实现非常小的恢复损耗，同时还预期
可以减少因恢复电流而产生的噪音，达到降噪。