安森美650V SiC满足高可靠性的应用

随着宽带隙技术在传统和新兴电力电子应用中的不断普及，半导体公司正以惊人的速度开发其产品。 2021年，安森美半导体发布了650 V碳化硅（SiC）MOSFET技术，以支持从数百瓦到数十千瓦的直流电源需求，包括汽车牵引逆变器，电动汽车（EV）充电，太阳能逆变器等应用，服务器电源单元（PSU）和不间断电源（UPS）。

SiC MOSFET已被证明是高功率和高电压设备的理想选择，其目标是替代硅（Si）功率开关。 SiC MOSFET使用一种全新的技术，该技术提供了比硅更好的开关性能和更高的可靠性。此外，低导通电阻和紧凑的芯片尺寸确保了低电容和栅极电荷。因此，这些设备的系统优势包括更高的效率，更快的工作频率，更高的功率密度，更低的EMI以及更小的系统尺寸。

安森美半导体的新型汽车级AECQ101和工业级的650 V NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET带来了新的机遇。NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET的有源单元设计与先进的薄晶圆技术相结合，可为击穿电压为650 V的设备提供性能更好的Rsp（Rdson *面积）。 NTH4L015N065SC1还具有市场上最低的TO247封装Rds（on）之一。内部栅极电阻（Rg）消除了使用外部栅极电阻人为降低设备速度的需求，从而为工程师提供了更大的设计灵活性。更高的抗浪涌，雪崩能力和短路的鲁棒性有助于增强其坚固性，从而提供更高的可靠性和更长的器件寿命。这些设备无铅且符合RoHS要求。

NTH4L015N065SC1技术参数

与硅器件相比，安森美半导体的SiC MOSFET的介电击穿场强高10倍，电子饱和速度高2倍，能带隙高3倍，热导率高3倍。NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET器件具有出色的动态和热性能，并在高结温下稳定运行。在相同范围内，与SiC MOSFET相比，650V NTH4L015N065SC1器件提供的竞争特性如下：

最低导通电阻：典型RDS（on）= 12 m @ VGS = 18 V＆典型RDS（on）= 15 m @ VGS = 15 V
低电容和超低栅极电荷：QG（tot）= 283 nC
高开关速度和低电容：Coss = 430 pF
在175摄氏度的高结温下稳定运行
具有AEC-Q101认证的卓越雪崩耐用性

图1：NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET（图片来源：安森美半导体）

我们通常习惯于将三个端子（栅极，漏极和源极）用于Si MOSFET。图1表示NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET的引脚图和符号表示。快速浏览NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET的数据表，就会发现两个源极端：“驱动器源”和“电源”。驱动器源实质上是驱动栅极的电路的参考端，它减少了负载电流路径中电感的负面影响。

SiC MOSFET的电（静态）表征包括经过评估的性能参数的DC和AC表征。下图（图2）传达了NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET在安全工作区域内的载流能力。当漏极至源极电压（VDS）较低时，最大电流受导通状态电阻的限制。在中等VDS时，该设备可以在短时间内承受数百安培的电流。

图2：NTH4L015N065SC1 SiC MOSFET安全工作区（图片来源：安森美半导体）

汽车用SiC MOSFET

通过设计SiC MOSFET可以改善许多电源电路和器件。汽车电气系统是该技术的最大受益者之一。现代的EV / HEV包含使用SiC器件的设备。一些流行的应用是车载充电器（OBC），DC-DC转换器和牵引逆变器。图3指出了电动汽车中需要大功率开关晶体管的主要子系统。 OBC的DC-DC转换器电源电路将高电池电压转换为较低电压，以操作其他电气设备。电池电压现在高达600或900伏。具有SiC MOSFET的DC-DC转换器可将此电压降低至48伏，12伏，以用于其他电子组件的操作。OBC系统中的SiC MOSFET允许在更高的频率下开关，提高效率并减少热管理。使用新型SiC MOSFET可实现更小，更轻，更高效，更多的性能可靠的电源解决方案。

图3：用于HEV和EV的WBG车载充电器（OBC）。 交流输入经过整流，功率因数校正（PFC），然后进行DC-DC转换，其中一个输出用于给高压电池充电，另一个输出用于给低压电池充电。 （图片来源：安森美半导体）