东芝SiC MOSFET降低功率损耗，迈向碳中和

时间：2021-08-19 15:18:11

关键字： MOSFET 东芝

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[导读]点击“东芝半导体”，马上加入我们哦！电力电子产业未来的发展趋势之一便是使用更高的开关频率以获得更紧密的系统设计，而在高开关频率高功率的应用中，SiC器件优势明显，这就使得SiCMOSFET在5G基站、工业电源、光伏、充电桩、不间断电源系统以及能源储存等应用场景中的需求不断提升。S...

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电力电子产业未来的发展趋势之一便是使用更高的开关频率以获得更紧密的系统设计，而在高开关频率高功率的应用中，SiC器件优势明显，这就使得SiC MOSFET在5G基站、工业电源、光伏、充电桩、不间断电源系统以及能源储存等应用场景中的需求不断提升。

SiC MOSFET的特性

更好的耐高温与耐高压特性

基于SiC材料的器件拥有比传统Si材料制品更好的耐高温耐高压特性，其能获得更高的功率密度和能源效率。由于碳化硅（SiC）的介电击穿强度大约是硅（Si）的10倍，因此，其允许使用更薄的漂移层来维持更高的阻断电压，这使得SiC功率器件可以提供高耐压和低压降。更薄以及更高注入的漂移层可以带来更低的正向压降以及导通损耗，与相同耐压条件下的Si相比，SiC器件中的单位面积导通电阻更低。

单极器件，关断损耗低

由于SiC MOSFET是单极器件，即便在高压产品中，也只能通过电子工作，因此不会产生拖尾电流；同时，与Si IGBT相比，SiC MOSFET关断损耗也较低，因此，其能够在高频范围内运行，这对于Si IGBT来讲，是很难实现的。此外，该特性也有助于设计小型化无源元件。

高热导率，适合高压领域

SiC材料拥有3.7W/cm/K的热导率，而硅材料的热导率仅有1.5W/cm/K，更高的热导率可以带来功率密度的显著提升。可以说SiC材料的出现使得MOSFET及肖特基二极管的应用范围可以推广到高压领域。

与传统的硅Si IGBT（低栅极输入电荷等）相比，东芝的TW070J120B 1200V SiC MOSFET可提供更高的开关速度、低导通电阻和高栅极电压阀值（Vth），可预防故障；较宽的栅极-源极电压（VGSS），支持更简单的栅极驱动设计。

了解过SiC MOSFET的多种特性，下面我们就以2kVA输出单相逆变器为例，分析使用SiC MOSFET器件的好处。

使用SiC MOSFET的好处

在分析比对的过程中，工程师通过将产品中的IGBT替换为东芝TW070J120B，可以发现在导通损耗、开关损耗以及整体损耗方面都显著降低，这在很大程度上归功于SiC MOSFET增强的开关特性。

由于碳化硅（SiC）的宽带隙特性，所以东芝TW070J120B在高耐压、低导通电阻和高速开关特性方面具有极大优势。与IGBT不同，新器件结构不会产生拖尾电流，这意味着可将开关损耗保持在较低水平。通过替换操作，2kVA输出单相逆变器在额定运行期间每个器件的损耗可从14.4W降至8.5W，这相当于损耗降低了约41%。

除了降低损耗外，SiC MOSFET在高温环境下具有优异的工作特性，可简化现有的散热措施。此外，由于开关损耗非常低，系统可在更高的频率下运行。如能提高开关频率，就可以降低外围器件（线圈和电容器）的大小，从而节省空间和成本，并使产品具有更大的竞争优势。