【導讀】碳化矽（SiC）技術能在大幅提高當前電力係統效率的同時降低其尺寸、重量和成本，因此市場需求不斷攀升。但是SiC解決方案並不是矽基解決方案的直接替代品
，它們並非完全相同。為了實現SiC技術的願景，開發人員必須從產品質量

、供貨情況和服務支持等各個方麵仔細評估多家產品和供應商
，並了解如何優化不同SiC功率組件到其最終係統的集成。

不斷擴展的應用範圍

SiC技術的使用量正在急劇上升。隨著供應商的不斷增加
，產品的選擇範圍也日益豐富。碳化矽市場在過去三年中翻了一番
，預計在未來10年內將增長20倍，市值超過100億美元。碳化矽的應用範圍正在從混合動力汽車和電動汽車（H/EV）的車載應用擴展到火車、重型車輛
、工業設備和電動汽車充電基礎設施中的非汽車動力和電機控製係統。航空航天和國防領域的供應商也在不斷提升SiC的質量和可靠性，以滿足這些行業對產品穩固性的嚴格要求。

碳化矽開發計劃的一個關鍵部分是驗證SiC器qi件jian的de可ke靠kao性xing和he穩wen固gu性xing，因yin為wei不bu同tong供gong應ying商shang的de產chan品pin差cha異yi很hen大da。隨sui著zhe大da家jia越yue來lai越yue看kan重zhong整zheng體ti係xi統tong，設she計ji師shi還hai需xu要yao評ping估gu供gong應ying商shang的de產chan品pin供gong應ying範fan圍wei。重zhong要yao的de是shi，設she計ji師shi合he作zuo的de供gong應ying商shang要yao提ti供gong裸luo片pian、分立式組件和模塊選項等靈活解決方案，並提供全球分銷
、zhichiyijizonghexingshejimoniyukaifagongju。xiwangqishejinengmanzuweilaixuqiudekaifarenyuanhaixuyaotansuoxingongneng，rushuzikebianchengzhajiqudongqi。zhexiequdongqikeyijiejuezaoqideshixianwenti，tongshizhichixitongxingnengyijian“調優”。

三項關鍵測試

這三項測試提供數據來評估SiC器件的可靠性（抗雪崩能力

、短路承受能力）以及SiC MOSFET體二極管的可靠性。

足zu夠gou的de抗kang雪xue崩beng能neng力li至zhi關guan重zhong要yao，因yin為wei即ji便bian是shi無wu源yuan器qi件jian的de輕qing微wei故gu障zhang也ye可ke能neng導dao致zhi瞬shun態tai電dian壓ya峰feng值zhi超chao過guo額e定ding擊ji穿chuan電dian壓ya，從cong而er最zui終zhong導dao致zhi設she備bei或huo整zheng個ge係xi統tong發fa生sheng故gu障zhang。具ju有you足zu夠gou抗kang雪xue崩beng能neng力li的deSiC MOSFET減少了對緩衝電路的需求，可延長應用壽命。頂級產品可以提供高達25焦耳/平方厘米（J/cm2）的UIS性能。即使經過100,000次重複的UIS（RUIS）測試
，這些器件的參數退化也很小。

第二項關鍵測試是短路耐受時間（SCWT），或者說軌到軌短路條件下設備發生故障前的極長耐受時間。測試結果應接近功率轉換應用中使用的IGBT，其中大多數擁有5到10微秒（µs）SCWT。足夠長的SCWT能使係統有機會在不損壞係統的情況下解決故障問題。

第三個關鍵指標是SiC MOSFET本征體二極管的正向電壓穩定性。不同供應商之間該指標差異很大。如果沒有適當的器件設計
、加工和材料，該二極管的導電性在運行期間可能會降低，從而使導通狀態漏源電阻（RDS(on)）增加。圖1顯示了這種差異。在俄亥俄州立大學進行的一項研究中，對三家供應商的MOSFET進行了評估。一方麵，供應商B的所有器件在正向電流方麵都出現了衰退，而另一方麵，供應商C的MOSFET中未觀察到衰退現象。

圖1：SiC MOSFET的正向特性，顯示了不同供應商的體二極管在衰退方麵的差異。

（圖源：俄亥俄州立大學的Anant Agarwal博士和Min Seok Kang博士)

在器件可靠性得到驗證後，下一步就是評估這些器件的生態係統，包括產品選擇的豐富度、可靠的供應鏈和設計支持。

供應、支持和係統級設計

在越來越多的SiC供應商中，今天的SiC公司除了經驗和基礎設施不同外
，還可以提供不同的器件選擇，以支持和供應眾多要求嚴格的SiC市場，如汽車、航空航天和國防。

隨著時間的推移，電力係統的設計會在不同世代經曆持續的改進。SiC應(ying)用(yong)也(ye)不(bu)例(li)外(wai)。早(zao)期(qi)的(de)設(she)計(ji)可(ke)能(neng)對(dui)市(shi)麵(mian)上(shang)各(ge)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)標(biao)準(zhun)分(fen)立(li)式(shi)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)都(dou)使(shi)用(yong)非(fei)常(chang)標(biao)準(zhun)的(de)通(tong)孔(kong)或(huo)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)封(feng)裝(zhuang)選(xuan)項(xiang)。隨(sui)著(zhe)應(ying)用(yong)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，設(she)計(ji)師(shi)們(men)開(kai)始(shi)關(guan)注(zhu)如(ru)何(he)縮(suo)小(xiao)尺(chi)寸(cun)
，降(jiang)低(di)重(zhong)量(liang)和(he)成(cheng)本(ben)，因(yin)此(ci)通(tong)常(chang)會(hui)將(jiang)目(mu)光(guang)轉(zhuan)移(yi)到(dao)集(ji)成(cheng)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)上(shang)，或(huo)者(zhe)選(xuan)擇(ze)第(di)三(san)方(fang)合(he)作(zuo)夥(huo)伴(ban)。這(zhe)些(xie)第(di)三(san)方(fang)合(he)作(zuo)夥(huo)伴(ban)包(bao)括(kuo)最(zui)終(zhong)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)團(tuan)隊(dui)
、模塊製造商和SiC芯片供應商，他們在實現總體設計目標中都起著非常關鍵的作用。

在快速增長的SiC市場上，供應鏈問題是一個不容忽視的關鍵問題。SiC基底材料是SiC芯片製造流程中極昂貴的材料。此外，SiC製造需要高溫製造設備
，而製造矽基功率產品和IC則不需要。設計師必須確保SiCgongyingshangyongyouwendingdegongyinglianmoshi，baokuoyouduogefenbuzaibutongdidiandezhizaogongchang，yiquebaozaifashengziranzaihaihuozhongdashengchanwentishigongyingshizhongnenggoumanzuxuqiu。youxuduozujiangongyingshanghaihuitingchan（EOL）前代器件，迫使設計師花費時間和資源重新設計現有應用，而不是開發有助於降低最終產品成本和增加收入的創新設計。

設計支持也很重要，包括有助於縮短開發周期的模擬工具和參考設計。借助用來解決SiC器件的控製和驅動問題的解決方案，開發人員可以探索諸如增強型開關（Augmented Switching）等新功能，以實現整體係統方法的全部價值。圖2顯示了基於SiC的係統設計，它集成了數字可編程柵極驅動器
，可進一步加快生產速度，同時創造了優化設計的新方法。

圖2：模塊轉接板與柵極驅動器核心相結合提供了一個平台，通過增強型開關快速評估和優化新的SiC功率器件。（圖源：Microchip）

優化設計的新選項

數字可編程柵極驅動器可通過增強型開關極大限度地發揮SiC的優勢。通過它們可以輕鬆配置SiC MOSFET的開啟/guanbishijianhedianyashuiping，yincishejishikeyitishengkaiguansuduhexitongxiaolv，tongshisuoduanzhajiqudongqikaifasuoxudeshijianbingjiangdifuzaxing。kaifarenyuanbubishoudonggenggaiPCB
，而是可以使用配置軟件一鍵優化基於SiC的設計，在加快產品上市速度的同時提高效率和故障保護。

表1：使用數字可編程柵極驅動器實現全新的增強型開關技術有助於解決SiC噪聲問題

，加快短路響應速度，幫助管理電壓過衝問題，並盡量減少過熱情況。

隨著SiC應用範圍的擴大，早期SiC采用者已經在汽車
、工業、航空航天和國防領域占據了優勢。未來的成功將繼續依賴於驗證SiCqijiankekaoxinghewenguxingdenengli。suizhekaifarenyuankaishicaiyongzongtijiejuefangancelve，tamenjiangxuyaohuodezonghexingziyuanzuhe，youwanzhengkekaodequanqiugongyinglianhesuoyoubiyaodeshejimoniyukaifagongjutigongzhichi。

借助數字可編程柵極驅動器所支持的軟件可配置設計優化新功能，他們還將有新的機會進行經得起未來考驗的投資。

來源：Mouser

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