优缺点对比

多体 额定电压600V 半桥功率模块 在反并联结构中采用SBD 带门极驱动电路 0.003欧导通电阻 IDSS大于600A
多体 额定电压600V 固态功率控制器 在斩波电路中采用SBD 增强模式 0.015欧导通电阻 IDSS为150A
单体 额定电压1200V 封装TO247 雪崩击穿电压1500V 0.1欧导通电阻 IDSS为40A
两种不同的功率结型晶体管的剖面图 (a)LC/V (b)VC/V
垂直导电沟道 高的沟道填充密度/高的电子迁移率（对C-轴） 由布局限制了门限电压 简单的自对准工艺-低成本 更多门极面积可延伸至漏极：Coss取决于密勒 电容
碳化硅单极性功率开关管：结型晶体管百度文库
:600 V ~ 1200 V 4H-SiC E-mode Power VJFET
1.代替 w/ SiC SBD 2.用 碳化硅JFET代替
3.改变电阻值 4.加入电容
采用碳化硅SBD和JFET 的演示板
EM碳化硅JFET
碳化硅SBD
PFC演示板的PCB板
采用EM碳化硅结型晶体管的工作波形
在RT 和200ºC时测得的漏极电流-电压曲线族
常关型碳化硅V结型晶体管模块
800V和1800V常关型V结型晶体管模块参数
碳化硅VJ结型晶体管的选择
•由电介质限制的截止电压为VGS=0V •~+1.25V 门槛电压 •在TO257金属盒封装的单个器件 – Rds(on) = 80 mΩ @ T = 25°C – IDSS = 18 A – IG(leakage) = 8 mA @ VGS = 2.5 V –双极性模式可忽略（最小空穴注入法） –高效的电流转移比>200 •更多信息请查询： – www.semisouth.com – brice.moore@semisouth.com
IGBT 的开关波形 Vin-整流后的输入电压（紫色，100V/格） VOUT-输出电压（绿色，200V/格） VDS-IGBT 集-射极电压（蓝色， 200V/格） VGE-门-射极电压（褐色， 20V/格）
PFC电路的参考标准
• 功率分析仪用于评估整个输入电压和负载范围的系统效率
在FEB-109评估板上所做的修改
功率 半导 体公 司公 认
本文的重点
优点： 常关 比硅MOSFET的导通电阻低得多 （1/20 ~1/30） 比硅MOSFET的Qg低得多 结温较高 无体二极管 插入式可替换结构-可插入现有插口 中 缺点： 门极驱动电压波动 成本为1美元/ IDSS 误差放大器成本为 2美元
近三个月来，由Semisouth或 CAVS公司封装的碳化硅垂直导 电型结型晶体管的应用实例
门极驱动电平移动
•典型的COTS MOSFET控制器/驱动IC –单电源供电VCC = 15 V. –直流耦合，1-5A源或负载 •按照EM V结型晶体管的需要做的相应 改动 –和BJT-驱动电路一样，需要 加入限流电阻和并联旁路电容 –为保证了门极的绝缘性能，将电流转移 比变得很高
基极驱动的选取
目录
碳化硅开关器件的选择问题 三端（无共源共栅结构放大器）增强型（常关）碳化硅结型场效应晶体 管 在采用标准PWM芯片或MOSFET驱动器的场合采用插入式替换设计 在商用PFC评估板上测得的实验结果 门极驱动电压范围的减小，这是致命的弱点吗？
碳化硅开关器件的选择-优缺点对比
1200V 碳化硅DMOSFET
• RC的设计要求： –为减小Rds(on)， IDSS的值最大，选择VGS = +2.5V –在VGS = +2.5V 和VGG = 15 V情况下，电阻值的选取必须限制正向门极电流 –电容器的尺寸要大于Ciss
• 最初选择的Cg 应该为开关器件输 入电容的十倍，并且为保证最佳性 能Cg应该是可调的。 • Rg = (VGG – VGS ) / IG
优点： 常关 比一般的硅MOSFET的Rds(on)小得多 （大约为1/5-1/10） 比一般的硅MOSFET的Rds(on)Qg稍小 较高的结温 插入式替换-可插入现有插口中
缺点： 碳化硅MOSFET 的稳定性 碳化硅PN体二极管的稳定性 成本为3美元
1200V 碳化硅结型晶体管
优点： 常关 比硅MOSFET损耗低 结温高
飞机或汽车用能量管理 或分配系统
高频交流环节矩阵变换器
蓄电池电动汽车中永磁电机驱动电路
碳化硅单极性功率开关管：结型晶体管 600 V ~ 1200 V, 20 A ~ 50 A 4H-碳化硅功率结型晶体管
带碳化硅P-N 结的单极性器件 开关速度高 易于并联 无双极性退化/门极氧化问题 高的击穿值/雪崩限制值
缺点： 碳化硅基射极的稳定性 低电流增益 可替换插口？ 成本为3美元
碳化硅开关管的选择-优缺点对比
1200V 碳化硅DM 横向导电型场效应晶体管 1200V 碳化硅EM 垂直导电型场效应晶体管
优点： 比硅MOSFET的导通电阻低得 多（1/10 ~1/20） 比硅MOSFET的Qg低得多 结温较高 缺点： 常开 无可替换插口（W/O 共源共栅 结构硅MOSFET） 碳化硅体二极管的稳定性 成本2美元/共源共栅结构成本 为3美元
PFC 电路的参考标准
• PFC 演示板的参数: – VIN : 85 – 265 VAC – VOUT :400 V – POUT :300 W – fs : 100 kHz –主功率开关器件：600V / 34A的 IGBT –将原有电路中的续流二极管更换为碳 化硅SBD-为了作对比分析 –精细功率分析仪（ Yokagawa PZ4000 ）-用于精确调节测定基准电路 的系统效率
“插入式”演示板的说明
• 由Fairchild 公司半导体生产的FEB-109评估板 • 300瓦离线式连续模式功率因数校正的开关模式电源 • ML4821 功率因数校正控制器（平均电流模式） • 100kHz
Boost 的IGBT
整流器
Boost 的二极管 PFC 的控制器
FEB-109 评估板的电路图