【導讀】碳化矽（SiC）技術能在大幅提高當前電力係統效率的同時降低其尺寸、重量和成本
，因此市場需求不斷攀升。但是SiC解決方案並不是矽基解決方案的直接替代品
，它們並非完全相同。為了實現SiC技術的願景，開發人員必須從產品質量
、供貨情況和服務支持等各個方麵仔細評估多家產品和供應商
，並了解如何優化不同SiC功率組件到其最終係統的集成。

不斷擴展的應用範圍

SiC技術的使用量正在急劇上升。隨著供應商的不斷增加，產品的選擇範圍也日益豐富。碳化矽市場在過去三年中翻了一番，預計在未來10年內將增長20倍
，市值超過100億美元。碳化矽的應用範圍正在從混合動力汽車和電動汽車（H/EV）的車載應用擴展到火車、重型車輛、工業設備和電動汽車充電基礎設施中的非汽車動力和電機控製係統。航空航天和國防領域的供應商也在不斷提升SiC的質量和可靠性，以滿足這些行業對產品穩固性的嚴格要求。

碳化矽開發計劃的一個關鍵部分是驗證SiC器(qi)件(jian)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)穩(wen)固(gu)性(xing)，因(yin)為(wei)不(bu)同(tong)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)產(chan)品(pin)差(cha)異(yi)很(hen)大(da)。隨(sui)著(zhe)大(da)家(jia)越(yue)來(lai)越(yue)看(kan)重(zhong)整(zheng)體(ti)係(xi)統(tong)，設(she)計(ji)師(shi)還(hai)需(xu)要(yao)評(ping)估(gu)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)產(chan)品(pin)供(gong)應(ying)範(fan)圍(wei)。重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，設(she)計(ji)師(shi)合(he)作(zuo)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)要(yao)提(ti)供(gong)裸(luo)片(pian)

、分立式組件和模塊選項等靈活解決方案，並提供全球分銷、支(zhi)持(chi)以(yi)及(ji)綜(zong)合(he)性(xing)設(she)計(ji)模(mo)擬(ni)與(yu)開(kai)發(fa)工(gong)具(ju)。希(xi)望(wang)其(qi)設(she)計(ji)能(neng)滿(man)足(zu)未(wei)來(lai)需(xu)求(qiu)的(de)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)還(hai)需(xu)要(yao)探(tan)索(suo)新(xin)功(gong)能(neng)，如(ru)數(shu)字(zi)可(ke)編(bian)程(cheng)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)。這(zhe)些(xie)驅(qu)動(dong)器(qi)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)早(zao)期(qi)的(de)實(shi)現(xian)問(wen)題(ti)，同(tong)時(shi)支(zhi)持(chi)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)一(yi)鍵(jian)“調優”。

三項關鍵測試

這三項測試提供數據來評估SiC器件的可靠性（抗雪崩能力、短路承受能力）以及SiC MOSFET體二極管的可靠性。

足(zu)夠(gou)的(de)抗(kang)雪(xue)崩(beng)能(neng)力(li)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)即(ji)便(bian)是(shi)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)的(de)輕(qing)微(wei)故(gu)障(zhang)也(ye)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)，從(cong)而(er)最(zui)終(zhong)導(dao)致(zhi)設(she)備(bei)或(huo)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)抗(kang)雪(xue)崩(beng)能(neng)力(li)的(de)SiC MOSFET減少了對緩衝電路的需求，可延長應用壽命。頂級產品可以提供高達25焦耳/平方厘米（J/cm2）的UIS性能。即使經過100,000次重複的UIS（RUIS）測試，這些器件的參數退化也很小。

第二項關鍵測試是短路耐受時間（SCWT），或者說軌到軌短路條件下設備發生故障前的極長耐受時間。測試結果應接近功率轉換應用中使用的IGBT

，其中大多數擁有5到10微秒（µs）SCWT。足夠長的SCWT能使係統有機會在不損壞係統的情況下解決故障問題。

第三個關鍵指標是SiC MOSFET本征體二極管的正向電壓穩定性。不同供應商之間該指標差異很大。如果沒有適當的器件設計
、加工和材料
，該二極管的導電性在運行期間可能會降低，從而使導通狀態漏源電阻（RDS(on)）增加。圖1顯示了這種差異。在俄亥俄州立大學進行的一項研究中，對三家供應商的MOSFET進行了評估。一方麵，供應商B的所有器件在正向電流方麵都出現了衰退，而另一方麵，供應商C的MOSFET中未觀察到衰退現象。

圖1：SiC MOSFET的正向特性，顯示了不同供應商的體二極管在衰退方麵的差異。

（圖源：俄亥俄州立大學的Anant Agarwal博士和Min Seok Kang博士)

在器件可靠性得到驗證後，下一步就是評估這些器件的生態係統，包括產品選擇的豐富度、可靠的供應鏈和設計支持。

供應、支持和係統級設計

在越來越多的SiC供應商中，今天的SiC公司除了經驗和基礎設施不同外，還可以提供不同的器件選擇
，以支持和供應眾多要求嚴格的SiC市場，如汽車、航空航天和國防。

隨著時間的推移，電力係統的設計會在不同世代經曆持續的改進。SiCyingyongyebuliwai。zaoqideshejikenengduishimianshanggezhongchangjiandebiaozhunfenlishidianyuanchanpindoushiyongfeichangbiaozhundetongkonghuobiaomiantiezhuangfengzhuangxuanxiang。suizheyingyongshuliangdezengjia，shejishimenkaishiguanzhuruhesuoxiaochicun
，jiangdizhonglianghechengben
，yincitongchanghuijiangmuguangzhuanyidaojichengdianyuanmokuaishang，huozhexuanzedisanfanghezuohuoban。zhexiedisanfanghezuohuobanbaokuozuizhongchanpinshejituandui

、模塊製造商和SiC芯片供應商，他們在實現總體設計目標中都起著非常關鍵的作用。

在快速增長的SiC市場上，供應鏈問題是一個不容忽視的關鍵問題。SiC基底材料是SiC芯片製造流程中極昂貴的材料。此外，SiC製造需要高溫製造設備，而製造矽基功率產品和IC則不需要。設計師必須確保SiC供(gong)應(ying)商(shang)擁(yong)有(you)穩(wen)定(ding)的(de)供(gong)應(ying)鏈(lian)模(mo)式(shi)
，包(bao)括(kuo)有(you)多(duo)個(ge)分(fen)布(bu)在(zai)不(bu)同(tong)地(di)點(dian)的(de)製(zhi)造(zao)工(gong)廠(chang)
，以(yi)確(que)保(bao)在(zai)發(fa)生(sheng)自(zi)然(ran)災(zai)害(hai)或(huo)重(zhong)大(da)生(sheng)產(chan)問(wen)題(ti)時(shi)供(gong)應(ying)始(shi)終(zhong)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)需(xu)求(qiu)。有(you)許(xu)多(duo)組(zu)件(jian)供(gong)應(ying)商(shang)還(hai)會(hui)停(ting)產(chan)（EOL）前代器件
，迫使設計師花費時間和資源重新設計現有應用，而不是開發有助於降低最終產品成本和增加收入的創新設計。

設計支持也很重要，包括有助於縮短開發周期的模擬工具和參考設計。借助用來解決SiC器件的控製和驅動問題的解決方案

，開發人員可以探索諸如增強型開關（Augmented Switching）等新功能，以實現整體係統方法的全部價值。圖2顯示了基於SiC的係統設計
，它集成了數字可編程柵極驅動器，可進一步加快生產速度，同時創造了優化設計的新方法。

圖2：模塊轉接板與柵極驅動器核心相結合提供了一個平台，通過增強型開關快速評估和優化新的SiC功率器件。（圖源：Microchip）

優化設計的新選項

數字可編程柵極驅動器可通過增強型開關極大限度地發揮SiC的優勢。通過它們可以輕鬆配置SiC MOSFET的開啟/關guan閉bi時shi間jian和he電dian壓ya水shui平ping，因yin此ci設she計ji師shi可ke以yi提ti升sheng開kai關guan速su度du和he係xi統tong效xiao率lv，同tong時shi縮suo短duan柵zha極ji驅qu動dong器qi開kai發fa所suo需xu的de時shi間jian並bing降jiang低di複fu雜za性xing。開kai發fa人ren員yuan不bu必bi手shou動dong更geng改gaiPCB



，而是可以使用配置軟件一鍵優化基於SiC的設計，在加快產品上市速度的同時提高效率和故障保護。

表1：使用數字可編程柵極驅動器實現全新的增強型開關技術有助於解決SiC噪聲問題，加快短路響應速度，幫助管理電壓過衝問題，並盡量減少過熱情況。

隨著SiC應用範圍的擴大，早期SiC采用者已經在汽車、工業
、航空航天和國防領域占據了優勢。未來的成功將繼續依賴於驗證SiCqijiankekaoxinghewenguxingdenengli。suizhekaifarenyuankaishicaiyongzongtijiejuefangancelve
，tamenjiangxuyaohuodezonghexingziyuanzuhe，youwanzhengkekaodequanqiugongyinglianhesuoyoubiyaodeshejimoniyukaifagongjutigongzhichi。

借助數字可編程柵極驅動器所支持的軟件可配置設計優化新功能
，他們還將有新的機會進行經得起未來考驗的投資。

來源：Mouser

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