对于那些不熟悉电力电子最新发展的人来说，现在有些组件不再以硅为基础制造，而是以碳化硅制成，这可能听起来有点奇怪。这种材料本身以及由此产生的半导体(如 MOSFET)的生产比硅的要求要高得多
。然而，尽管最初存在所有技术障碍，SIC MOSFET 已在市场上确立了自己作为 IGBT 和 Si MOSFET 的高性能替代品的地位
。它们用于依赖高效率或体积是主要考虑因素的各种电力电子电路中
。典型的应用包括开关电源
、光伏系统和电动汽车的电机驱动器。尤其是对于后者，对半导体和性能的需求越来越大，要求也越来越高。作为 SiC MOSFET 技术领域的市场领导者之一
，ROHM 推出了新一代产品，以满足日益增长的需求
。

　　这不仅涉及引入新的 MOSFET 功率半导体，还涉及扩大生产设施
。随着日本 Apollo 筑后工厂的新半导体工厂和纽伦堡 SiCrystal(生产碳化硅半导体晶片)的扩建，ROHM 正在大幅提高生产能力。这也通过将晶片直径从 100 毫米增加到 150 毫米来支持。通过这些前瞻性的举措，ROHM 预测了未来的需求，从而为技术进步奠定了坚实的基础
。

　　新一代 SiC MOSFET

　　近几年来，SiC MOSFET 技术不断发展，早年遇到的障碍早已不复存在。2015 年，ROHM 率先在市场上推出 SiC Trench MOSFET
，现在，该技术正在进一步发展

：第四代
。与旧技术相比

，第四代技术具有明显优势
：电流密度增加，芯片尺寸更小(与第三代相比，相同芯片面积的 Rds,on -40%)
。此外，ROHM 还调整了内部电容，使元件能够更快切换
，损耗更小
。最终，利发国际打造出一款符合时代需求的现代元件
。

　　采用该技术计划生产的产品范围十分广泛。从采用不同金属化工艺的未封装芯片到采用经典 TO 封装的分立元件，再到用于电动汽车的现代紧凑型模块

。表 1 显示了新开发产品的概览
。此列表不断扩展

，以尽可能多地涵盖工业和汽车领域的应用。所列产品为用于通孔或表面贴装的分立元件

。其中，具有源辅助连接的封装(例如 TO-247-4L 和 TO-263-7L)优于 TO-247N 封装，因为 MOSFET 可通过附加辅助连接的可用性实现最佳驱动
，从而降低开关损耗
。TO-263-7L 是 SMD 可贴装封装的绝佳选择
。它可显著降低寄生电感
，并可在 SMD 组装过程中实现自动安装。如果希望在封装中实现更长的爬电距离
，TO-247-4L 封装就是最佳选择。这样无需采取灌封等其他措施即可满足 IEC 60664-1 标准的爬电距离要求。

　　安全短路检测无问题

　　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，发生短路时 MOSFET 上的负载就越大

，除非在芯片级采取应对措施。在第 4 代中，半导体结构发生了变化，从而实现了元件的良好短路耐受性
，这为具有 DESAT 功能的商用快速栅极驱动器 IC 提供了足够的时间来检测并安全关闭短路
。

　　图 1 显示了硬短路期间 MOSFET SCT4036KR 的电流和电压水平
。在这种情况下，使用了栅极驱动器 IC BM6112FV-C，它通过漏源电压提供短路检测功能(经典 DESAT 方法)
。在这种情况下，短路检测时间为 860 ns。总的来说，短路大约需要 1.6 µs 才能完全关闭而不会损坏 MOSFET。因此，使用这些组件可以安全快速地执行短路关断
。

　　新组件评估套件

　　新技术在充分利用它们方面也带来了新的挑战。为此，ROHM 提供了相应的评估套件 (EVK)。由于半桥配置是电力电子中最常见的拓扑结构之一
，因此已经开发了两个 EVK 来处理它。图 2 显示了表面贴装版本。这是一个简单的电路。它包含 MOSFET
、栅极驱动器、备用电容器和端子。一个 EVK 专为 THT 封装中的 MOSFET 设计(TO-247-4L- 和 TO-247N 的变体)，另一个专为 SMT 封装设计。布局和组件选择可作为进一步设计的参考

。对于快速开关组件，必须特别注意确保布局、栅极驱动器和支持电容器的选择和排列最佳。如果不是这种情况
，组件的效率将会降低
。

　　EVK 可以将开关用作降压和升压转换器或单相逆变器
。当然
，也可以仅在脉冲模式下操作
，以探索组件在特定条件下的动态行为。栅极控制由简单的 IC BM61x41RFV-C 实现，该 IC 提供隔离
、米勒钳位和 UVLO 功能。辅助电源有两种不同的方法
：基于 BD7F200EFJ-BE2(THT EVK)的每个开关使用单独的反激式转换器，以及基于 BU4S584G2 和 BD62120AEFJ(SMD EVK)的自振荡半桥和带有独立次级绕组的变压器
。在这两种 EVK 中，都可以通过罗氏线圈或同轴分流电阻检测开关的电流特性
。

　　高效运行

　　ROHM 使用 SMD 开关的 EVK 作为降压转换器来研究 MOSFET 的性能
。本次调查的目的是确定当 SCT4062KW7 MOSFET 在 45 kHz 的开关频率下工作时可以实现的效率。输入电压为 800 V

，输出电压为 400 V。图 3 显示了不同输出功率下的 DC/DC 转换器的效率曲线
。可以看出
，在 2500 W 时实现了略低于 99% 的效率。

　　测试了两种变体：在第一种配置中
，按照数据表中的建议，使用了 18 V 的栅极-源极电压

。此外，对 15 V 的电压重复测量。根据曲线可以看出
，两种操作模式几乎没有区别

。只有在 15 V 栅极-源极电压的情况下
，测得的外壳温度略高。这意味着新一代 SiC MOSFET 可以更灵活地使用，因为它们不一定需要像过去那样用 +18 V 驱动。

　　摘要

　　碳化硅 MOSFET 的市场接受度不断提高
，表明这些元件是电力电子技术发展的重要组成部分。凭借第 4 代产品
，ROHM 正在为这一趋势做出贡献。由于这些 MOSFET 的性能得到改善，现在可以实现更高的效率和更紧凑的设计。

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