東芝SiC?MOSFET降低功率損耗，邁向碳中和
[導(dǎo)讀]點(diǎn)擊“東芝半導(dǎo)體”，馬上加入我們哦！電力電子產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一便是使用更高的開(kāi)關(guān)頻率以獲得更緊密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而在高開(kāi)關(guān)頻率高功率的應(yīng)用中，SiC器件優(yōu)勢(shì)明顯，這就使得SiCMOSFET在5G基站、工業(yè)電源、光伏、充電樁、不間斷電源系統(tǒng)以及能源儲(chǔ)存等應(yīng)用場(chǎng)景中的需求不斷提升。S...
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電力電子產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一便是使用更高的開(kāi)關(guān)頻率以獲得更緊密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而在高開(kāi)關(guān)頻率高功率的應(yīng)用中，SiC器件優(yōu)勢(shì)明顯，這就使得SiC MOSFET在5G基站、工業(yè)電源、光伏、充電樁、不間斷電源系統(tǒng)以及能源儲(chǔ)存等應(yīng)用場(chǎng)景中的需求不斷提升。
SiC MOSFET的特性
更好的耐高溫與耐高壓特性
基于SiC材料的器件擁有比傳統(tǒng)Si材料制品更好的耐高溫耐高壓特性，其能獲得更高的功率密度和能源效率。由于碳化硅（SiC）的介電擊穿強(qiáng)度大約是硅（Si）的10倍，因此，其允許使用更薄的漂移層來(lái)維持更高的阻斷電壓，這使得SiC功率器件可以提供高耐壓和低壓降。更薄以及更高注入的漂移層可以帶來(lái)更低的正向壓降以及導(dǎo)通損耗，與相同耐壓條件下的Si相比，SiC器件中的單位面積導(dǎo)通電阻更低。
單極器件，關(guān)斷損耗低
由于SiC MOSFET是單極器件，即便在高壓產(chǎn)品中，也只能通過(guò)電子工作，因此不會(huì)產(chǎn)生拖尾電流；同時(shí)，與Si IGBT相比，SiC MOSFET關(guān)斷損耗也較低，因此，其能夠在高頻范圍內(nèi)運(yùn)行，這對(duì)于Si IGBT來(lái)講，是很難實(shí)現(xiàn)的。此外，該特性也有助于設(shè)計(jì)小型化無(wú)源元件。
高熱導(dǎo)率，適合高壓領(lǐng)域
SiC材料擁有3.7W/cm/K的熱導(dǎo)率，而硅材料的熱導(dǎo)率僅有1.5W/cm/K，更高的熱導(dǎo)率可以帶來(lái)功率密度的顯著提升?？梢哉f(shuō)SiC材料的出現(xiàn)使得MOSFET及肖特基二極管的應(yīng)用范圍可以推廣到高壓領(lǐng)域。
與傳統(tǒng)的硅Si IGBT（低柵極輸入電荷等）相比，東芝的TW070J120B 1200V SiC MOSFET可提供更高的開(kāi)關(guān)速度、低導(dǎo)通電阻和高柵極電壓閥值（Vth），可預(yù)防故障；較寬的柵極-源極電壓（VGSS），支持更簡(jiǎn)單的柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
了解過(guò)SiC MOSFET的多種特性，下面我們就以2kVA輸出單相逆變器為例，分析使用SiC MOSFET器件的好處。
使用SiC MOSFET的好處
在分析比對(duì)的過(guò)程中，工程師通過(guò)將產(chǎn)品中的IGBT替換為東芝TW070J120B，可以發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)通損耗、開(kāi)關(guān)損耗以及整體損耗方面都顯著降低，這在很大程度上歸功于SiC MOSFET增強(qiáng)的開(kāi)關(guān)特性。
由于碳化硅（SiC）的寬帶隙特性，所以東芝TW070J120B在高耐壓、低導(dǎo)通電阻和高速開(kāi)關(guān)特性方面具有極大優(yōu)勢(shì)。與IGBT不同，新器件結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生拖尾電流，這意味著可將開(kāi)關(guān)損耗保持在較低水平。通過(guò)替換操作，2kVA輸出單相逆變器在額定運(yùn)行期間每個(gè)器件的損耗可從14.4W降至8.5W，這相當(dāng)于損耗降低了約41%。
除了降低損耗外，SiC MOSFET在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的工作特性，可簡(jiǎn)化現(xiàn)有的散熱措施。此外，由于開(kāi)關(guān)損耗非常低，系統(tǒng)可在更高的頻率下運(yùn)行。如能提高開(kāi)關(guān)頻率，就可以降低外圍器件（線圈和電容器）的大小，從而節(jié)省空間和成本，并使產(chǎn)品具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
在升級(jí)為SiC MOSFET過(guò)程中，東芝不僅成功解決了功率損耗問(wèn)題，還提供了大量的額外技術(shù)支持。未來(lái)，東芝也會(huì)持續(xù)地創(chuàng)新技術(shù)，以提高SiC MOSFET性能，擴(kuò)大基于碳化硅（SiC）的功率器件產(chǎn)品線，為碳中和的目標(biāo)而助力。
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