【導讀】在工業、汽車和可再生能源應用中
，基於寬禁帶 (WBG) 技術的組件
，比如 SiC

，對提高能效至關重要。在本文中，安森美 (onsemi) 思考下一代 SiC 器件將如何發展，從而實現更高的能效和更小的尺寸，並討論對於轉用 SiC 技術的公司而言，建立穩健的供應鏈為何至關重要。

在廣泛的工業係統（如電動汽車充電基礎設施）和可再生能源係統（如太陽能光伏 (PV)）應用中，MOSFET 技術、分(fen)立(li)式(shi)封(feng)裝(zhuang)和(he)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)的(de)進(jin)步(bu)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)能(neng)效(xiao)並(bing)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。然(ran)而(er)
，平(ping)衡(heng)成(cheng)本(ben)和(he)性(xing)能(neng)對(dui)於(yu)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)項(xiang)持(chi)續(xu)的(de)挑(tiao)戰(zhan)
，必(bi)須(xu)在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)太(tai)陽(yang)能(neng)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)尺(chi)寸(cun)或(huo)散(san)熱(re)成(cheng)本(ben)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)功(gong)率(lv)。實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)平(ping)衡(heng)非(fei)常(chang)有(you)必(bi)要(yao)，因(yin)為(wei)降(jiang)低(di)充(chong)電(dian)成(cheng)本(ben)將(jiang)是(shi)提(ti)高(gao)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)普(pu)及(ji)率(lv)的(de)關(guan)鍵(jian)推(tui)動(dong)因(yin)素(su)。

汽車的能效與車載電子器件的尺寸、重量和成本息息相關
，這些都會影響車輛的行駛裏程。在電動/混動汽車中使用 SiC 取代 IGBT 功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)可(ke)顯(xian)著(zhu)改(gai)進(jin)性(xing)能(neng)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)主(zhu)驅(qu)逆(ni)變(bian)器(qi)中(zhong)
，因(yin)為(wei)這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)車(che)輛(liang)的(de)整(zheng)體(ti)能(neng)效(xiao)。輕(qing)型(xing)乘(cheng)用(yong)車(che)主(zhu)要(yao)在(zai)低(di)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)工(gong)作(zuo)，在(zai)低(di)負(fu)載(zai)下(xia)，SiC 的能效優勢比 IGBT 更加明顯。車載充電器 (OBC) 的尺寸和重量也會影響車輛行駛裏程。因此
，OBC 必須設計得盡可能小，而 WBG 器件具有較高的開關頻率


，在這方麵發揮著至關重要的作用。

SiC 技術的優勢

為了最大限度減少電源轉換損耗，需要使用具有出色品質因數的半導體功率開關。電源應用中使用的矽基半導體器件（IGBT、MOSFET 和二極管）dexingnenggaijin
，jiashangdianyuanzhuanhuantuopufangmiandechuangxin，shinengxiaodafutisheng。raner
，youyuguijibandaotiqijianyijiejinqililunjixian，zaixinyingyongzhongtamenzhengzhujianbei SiC 和氮化镓 (GaN) 等寬禁帶 (WBG) 半導體取代。

圖 1：多種應用可從 SiC 器件的特性中受益

對更高性能、更大功率密度和更優性能的需求不斷挑戰著 SiC 的極限。得益於寬禁帶特性，SiC 能夠承受比矽更高的電壓（1700V 至 2000V）。同時，SiC 本身還具有更高的電子遷移率和飽和速度。因此，它能夠在明顯更高的頻率和結溫下工作，對電源應用而言非常理想。此外
，SiC 器件的開關損耗相對更低
，這有助於降低無源組件的尺寸
、重量和成本。

圖 2：SiC 為電源係統帶來諸多優勢

SiC 器件的導通損耗和開關損耗更低，因此降低了對散熱的要求。再加上它能夠在高達 175°C 的結溫 (Tj) 下工作，因而對風扇和散熱片等散熱措施的需求減少。係統尺寸、重量和成本也得以減小
，並且在空間受限的應用中也能保障更高的可靠性。

需要更高電壓

通過增加電壓以減少電流，可減少在所需功率下的損耗。因此，在過去幾年裏，來自 PV 板的直流母線電壓已從 600 V 提高到 1500 V。同樣地
，輕型乘用車中的 400 V 直流母線可提升到 800 V 母線（有時可提高到 1000 V）。過去

，對於 400 V 母線電壓，所用器件的額定電壓為 750 V。現在，需要具有更高額定電壓（1200 V 至 1700 V）的器件，以確保這些應用能夠安全、可靠地工作。

SiC 的最新進展

為了滿足對具有更高擊穿電壓的器件的需求，安森美開發了 1700V M1 平麵 EliteSiC MOSFET 係列產品，針對快速開關應用進行了優化。NTH4L028N170M1 是該係列首批器件中的一款，其 VDSS 為 1700 V，具有更高的 VGS，為 -15/+25 V，並且其 RDS(ON) 典型值僅 28 m。

這些 1700 V MOSFET 可在高達 175°C 的結溫 (Tj) 下工作，因而能夠與更小的散熱片結合使用，或者有時甚至不需要使用散熱片。此外
，NTH4L028N170M1 的第四個引腳上有一個開爾文源極連接（TO-247-4L 封裝），用於降低導通功耗和柵極噪聲。這些開關還提供 D2PAK–7L 封裝
，具有更低的封裝寄生效應。

圖 3：安森美的新型 1700 V EliteSiC MOSFET

采用 TO-247-3L 和 D2PAK-7L 封裝的 1700 V 1000 mSiC MOSFET 也已投產

，適用於電動汽車充電和可再生能源應用中的高可靠性輔助電源單元。

安森美開發了 D1 係列 1700 V SiC 肖特基二極管。1700 V 的額定電壓可在 VRRM 和反向重複峰值電壓之間為器件提供更大的電壓裕量。該係列器件具有更低的 VFM（最大正向電壓）和出色的反向漏電流，有助於實現在高溫高壓下穩定運行的設計。

圖 4：安森美的新型 1700 V 肖特基二極管

NDSH25170A 和 NDSH10170A 器件以 TO-247-2 封裝和裸片兩種形式供貨
，還提供 100A 版本（無封裝）。

供應鏈考量

由you於yu可ke用yong組zu件jian短duan缺que，一yi些xie電dian子zi行xing業ye領ling域yu的de生sheng產chan已yi受shou到dao影ying響xiang。因yin此ci，在zai選xuan擇ze新xin技ji術shu產chan品pin的de供gong應ying商shang時shi

，務wu必bi考kao慮lv供gong應ying商shang按an時shi履lv行xing訂ding單dan的de能neng力li。為wei保bao障zhang向xiang客ke戶hu的de產chan品pin供gong應ying
，安an森sen美mei最zui近jin收shou購gou了le GT Advanced Technology (GTAT)
，以利用 GTAT 在物流方麵的專長和經驗。安森美是目前為數不多具有端到端能力的大型 SiC 供應商，包括晶錠批量生長、襯底製備、外延、器件製造、集成模塊和分立式封裝解決方案。為了滿足 SiC 應用的預期增長需求，安森美計劃在 2024 年之前將襯底業務的產能提高數倍
，並擴大公司的器件和模塊產能，在未來實現進一步擴張。

總結

在不斷發展的汽車、可再生能源和工業應用中，工程師將能夠借助 SiC 器件的特性，解決功率密度和散熱方麵的諸多挑戰。憑借 1700V 係列 SiC MOSFET 和二極管，安森美滿足了市場對具有更高擊穿電壓的器件的需求。此外

，安森美還為新興的太陽能

、固態變壓器和固態斷路器應用開發了 2000V SiC MOSFET 技術。

作者：安森美 Ajay Sattu

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