SiC MOSFET的橋式結構圖文分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-02-17
20 世紀90 年代以來，碳化硅(silicon carbide，SiC)MOSFET 技術的迅速發(fā)展，引起人們對這種新一代功率器件的廣泛關注。與Si 材料相比，碳化硅材料較高的熱導率決定了其高電流密度的特性，較高的禁帶寬度又決定了SiC 器件的高擊穿場強和高工作溫度。
尤其在SiC MOSFET 的開發(fā)與應用方面，與相同功率等級的Si MOSFET 相比，SiC MOSFET 導通電阻、開關損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提高了高溫穩(wěn)定性。但由于SiC MOSFET 的價格相當昂貴，限制了它的廣泛應用。
SiC材料與目前應該廣泛的Si材料相比，較高的熱導率決定了其高電流密度的特性，較高的禁帶寬度又決定了SiC器件的高擊穿場強和高工作溫度。其優(yōu)點主要可以概括為以下幾點：
1) 高溫工作
SiC在物理特性上擁有高度穩(wěn)定的晶體結構，其能帶寬度可達2.2eV至3.3eV，幾乎是Si材料的兩倍以上。因此，SiC所能承受的溫度更高，一般而言，SiC器件所能達到的最大工作溫度可到600 oC。
2) 高阻斷電壓
與Si材料相比，SiC的擊穿場強是Si的十倍多，因此SiC器件的阻斷電壓比Si器件高很多。
3) 低損耗
一般而言，半導體器件的導通損耗與其擊穿場強成反比，故在相似的功率等級下，SiC器件的導通損耗比Si器件小很多。且SiC器件導通損耗對溫度的依存度很小，SiC器件的導通損耗 隨溫度的變化很小，這與傳統(tǒng)的Si器件也有很大差別。
4) 開關速度快
SiC的熱導系數(shù)幾乎是Si材料的2.5倍，飽和電子漂移率是Si的2倍，所以SiC器件能在更高的頻率下工作。
綜合以上優(yōu)點，在相同的功率等級下，設備中功率器件的數(shù)量、散熱器的體積、濾波元件體積都能大大減小，同時效率也有大幅度的提升。
下面給出的電路圖是在橋式結構中使用SiC MOSFET時最簡單的同步式boost電路。
該電路中使用的SiC MOSFET的高邊（HS）和低邊（LS）是交替導通的，為了防止HS和LS同時導通，設置了兩個SiC MOSFET均為OFF的死區(qū)時間。右下方的波形表示其門極信號（VG）時序。
該電路中HS和LS MOSFET的Drain-Source電壓（VDS）和漏極電流（ID）的波形示意圖如下。這是電感L的電流處于連續(xù)動作狀態(tài)，即所謂的硬開關狀態(tài)的波形。
橫軸表示時間，時間范圍Tk（k=1～8）的定義如下：
T1： LS為ON時、MOSFET電流變化的時間段
T2： LS為ON時、MOSFET電壓變化的時間段
T3： LS為ON時的時間段
T4： LS為OFF時、MOSFET電壓變化的時間段
T5： LS為OFF時、MOSFET電流變化的時間段
T4～T6： HS變?yōu)镺N之前的死區(qū)時間
T7： HS為ON的時間段（同步整流時間段）
T8： HS為OFF時、LS變?yōu)镺N之前的死區(qū)時間
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