除了業(yè)界最小RDSon之外，與硅器件相同的驅(qū)動特性才是United SiC FET的殺手锏

眾所周知，SiC功率器件相比傳統(tǒng)的Si類器件有著開關(guān)損耗小、開關(guān)頻率高和封裝小等諸多優(yōu)勢，因此更適合應用于電動汽車、充電樁和電路保護等多種應用場景中。近日United SiC公司推出了全新的SiC Fet系列產(chǎn)品——UF3SC，首次在業(yè)界實現(xiàn)了小于10mΩ的RDS(on)的特性，將SiC功率器件產(chǎn)品的性能推到了新的高度。21ic特此就此全新產(chǎn)品與United SiC亞太區(qū)的FAE經(jīng)理Richard Chen先生進行了深入的溝通。

業(yè)界最低 RDS(on)的SiC器件

據(jù)Richard介紹，United SiC采用了一種簡單的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)更好的性能表現(xiàn)，將一個SiC JFET和一個Si基的MOSFET采用共源共柵的方式燒結(jié)在一起。SiC JFET在常開狀態(tài)：正向?qū)ǖ臅r候電流首先流經(jīng)SiC JFET然后通過Si基的MOSFET;在反向?qū)ǖ臅r候電流先流經(jīng)Si基的MOSFET然后通過SiC FET。在阻塞模式時，Si MOSFET處于關(guān)閉狀態(tài)，可以提供20V的電壓給SiC JFET，讓SiC JFET處于關(guān)閉狀態(tài)，所以SiC JFET可以承受所有的高壓，而Si MOSFET就免除了高電壓的壓力。

此次推出的UF3SC系列產(chǎn)品，在延續(xù)了之前產(chǎn)品的優(yōu)秀設計的基礎上，最大的亮點是將關(guān)鍵的RDS(on)降低到了10mΩ之內(nèi)。RDS(on)即當MOSFET完全打開時的從源極到漏極的總電阻，這個參數(shù)關(guān)系到JFET的導通損耗。目前業(yè)界650V的SiC器件的RDS(on)最小為17mΩ，而United SiC的UF3SC的導通電阻僅僅為7mΩ;在1200V SiC的這個產(chǎn)品類別里，競品的最低導通電阻可以達到13mΩ，而UF3SC的導通最小電阻僅為9mΩ。通過將導通電阻的降低，可以將整個的功耗水平降低。

直接在Si和傳統(tǒng)SiC設計中實現(xiàn)替換與升級

United SiC的另一個非常重要的優(yōu)勢就是其具有和傳統(tǒng)Si器件一致的驅(qū)動電壓，因此可以直接在客戶即有的平臺上進行升級。

如下圖所示，傳統(tǒng)的Si基的JFET的驅(qū)動電壓是0～12V，而Si基IGBT的導通電壓需要達到15V以上，傳統(tǒng)第三代SiC MOSFET的驅(qū)動電壓則是-4V～15V，只有United SiC的 FET是與傳統(tǒng)Si基JFET是保持完全一致的驅(qū)動電壓范圍。所以如果客戶需要在傳統(tǒng)的Si基礎的電路中進行升級，可以直接將其替換為United SiC的器件，而不需要對器件的外圍電路進行任何的調(diào)整;這將極大地降低客戶重新設計的成本。另外，United SiC器件也完全適合在標準的SiC MOSFET的驅(qū)動電路中工作，無需額外的電路調(diào)整。

在VGS的額定電壓范圍方面，Si基的JFET和IGBT具有相同的電壓范圍是+/-20V，而第三代SiC器的電壓范圍有限，只能覆蓋到-5V～+10V的電壓范圍。但是United SiC FET的VGS的額定電壓范圍是+/-25V的電壓范圍，可以安全覆蓋Si基器件的VGS的電壓范圍。因為United SiC的門是Si基的器件，所以并不會像其他SiC器件一樣出現(xiàn)Vth漂移的現(xiàn)象，而且在Gate和Source端之間還有內(nèi)建的ESD保護二極管。

United SiC還推出了Super-Junction MOSFET的替換計劃，客戶可以直接用United SiC的器件來替代傳統(tǒng)的Si基的高壓超結(jié)的器件，實現(xiàn)更低的Vgs的延時和更高的輸出能效。帶來的最終結(jié)果就是可以獲得更快的開關(guān)頻率，并且達到節(jié)能的效果;據(jù)悉這將是一個每年百萬片的龐大市場。

適應未來電動汽車應用

目前SiC最熱的應用市場就是電動汽車，據(jù)悉United SiC的產(chǎn)品就非常適合應用在高功率EV逆變器的設計中。電動汽車最令人關(guān)注的一個參數(shù)就是續(xù)航里程，如果將逆變器的效率提高、損耗降低，那就可以提升電動汽車整體的續(xù)航里程。采用UF3SC系列的器件，可以讓逆變器的效率保持在99%以上，提供兩倍于IGBT的頻率切換。紋波電流的降低需要將紋波拉高，而如果開關(guān)損耗過大則將會導致紋波降低，從而影響到紋波電流的降低。

在高電流充電器的場景中，UF3SC相比傳統(tǒng)基于IGBT的系統(tǒng)具有更高的效率。在占空比為50%的100A工作電流的情況下，傳導損耗不到普通二極管的一半，可以用在輔助側(cè)二極管的同步整流器來顯著減少系統(tǒng)總的損失和熱負擔。

固態(tài)斷路器同樣也是電動汽車上一個常見的應用。因為電動汽車本身蘊藏的能量是很大的，所以需要一個斷路器來確保整體系統(tǒng)的安全。下圖中綠色的表示短路情況時的電流測試，可以看到通道阻抗會從最大變到最小，實現(xiàn)一個斷開的保護。這樣就直接通過SiC器件實現(xiàn)了一個斷路保護的優(yōu)勢。

最后在60KVA逆變器這一應用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的模塊的方案體積大、成本高、效率低，而現(xiàn)在使用單管的UF3SC的方案就可以直接實現(xiàn)，所以就極大地降低了整體的設計復雜度和bom成本。

除了以上提及到的與電動汽車相關(guān)的應用之外，通訊電源領(lǐng)域也是一個高壓高功率的市場，這個市場也是需要更高效率的產(chǎn)品來支持。而目前在這個市場上，United SiC也已經(jīng)有了不少的客戶在采用這種先進的方案。

采用Si基MOSFET和SiC基的JFET，采用共源共柵的方式將其燒結(jié)在一起，是United SiC的最大設計特色。這種結(jié)構(gòu)確保其產(chǎn)品可以保持與Si類功率器件保持一致的驅(qū)動電壓，從而可以幫助可以直接在原有的Si基礎的電路中進行直接的升級和替換。而此次最新推出的UF3SC系列SiC器件，更是以小于10mΩ的業(yè)界最低Rds(on)將SiC器件的性能提升到了新的高度，面對電動汽車和5G等全新應用需求，United SiC可以給客戶提供集成度更高、更加高效、更為穩(wěn)定可靠的解決方案。