【導讀】SiC 等寬禁帶 (WBG) 器件對於當今汽車和可再生能源等應用至關重要。隨著我們的世界逐漸轉向使用可持續能源（主要是電力），能(neng)效(xiao)比(bi)以(yi)往(wang)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)都(dou)更(geng)重(zhong)要(yao)。提(ti)高(gao)開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)能(neng)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)之(zhi)一(yi)是(shi)降(jiang)低(di)銅(tong)損(sun)和(he)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。然(ran)而(er)
，為(wei)了(le)應(ying)對(dui)這(zhe)一(yi)挑(tiao)戰(zhan)

，直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)不(bu)斷(duan)上(shang)升(sheng)，半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)必(bi)須(xu)發(fa)展(zhan)以(yi)跟(gen)上(shang)步(bu)伐(fa)。這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)對(dui)企(qi)業(ye)實(shi)現(xian)碳(tan)減(jian)排(pai)承(cheng)諾(nuo)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。在(zai)本(ben)文(wen)中(zhong)，安(an)森(sen)美(mei)(onsemi)將探討下一代 SiC 器件如何演進以應對最新應用的挑戰，本文還將闡釋穩健的端到端供應鏈對於確保持續成功的重要性。

在眾多應用領域，有諸多不同因素正在推動技術加速發展。以工業和汽車這兩個最重要的市場為例，主導的關鍵趨勢是提高能效、縮小外形和利用圖像傳感提升感知能力。

在工業領域，MOSFET 和功率模塊的進步正被用於優化各種工業係統的能效和係統成本。有兩個領域特別受益，即電動汽車充電基礎設施和替代/可再生能源應用（如太陽能）。

成cheng本ben和he性xing能neng是shi許xu多duo工gong業ye應ying用yong共gong同tong的de主zhu線xian。設she計ji人ren員yuan要yao解jie決jue的de挑tiao戰zhan是shi，在zai不bu增zeng加jia尺chi寸cun的de情qing況kuang下xia讓rang太tai陽yang能neng逆ni變bian器qi輸shu送song更geng多duo電dian力li

，或huo者zhe降jiang低di與yu儲chu能neng相xiang關guan的de散san熱re成cheng本ben。降jiang低di充chong電dian成cheng本ben是shi普pu及ji電dian動dong乘cheng用yong車che的de重zhong要yao途tu徑jing。然ran而er，至zhi關guan重zhong要yao的de是shi
，要yao通tong過guo壁bi掛gua式shi直zhi流liu充chong電dian樁zhuang或huo直zhi流liu快kuai速su充chong電dian
，實shi現xian更geng快kuai的de充chong電dian能neng力li，而er不bu需xu要yao額e外wai的de散san熱re。

在汽車領域，能效與車輛的行駛裏程以及車載電子設備的尺寸、重量和成本密切相關。在電動汽車/混合動力汽車中，與部署 IGBT 功率模塊相比，部署 SiC 方案可帶來顯著的性能提升。同時

，車用 CPU
、LED 照明和車身電子設備也能從更好的電源管理中獲益。

zhuqunibianqishiyigeguanjiandian，tahuiyingxiangcheliangdezhengtinengxiao

，yinerxiandinglexingshilicheng。genjuxingshichangjing，qingxingchengyongchedabufenshijianshizaiqingzaigongkuangxiaxingshi，yincixiangbi IGBT 方案，SiC 提高能效的優勢顯而易見。此外

，車載充電器 (OBC) 尺(chi)寸(cun)需(xu)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)。隻(zhi)有(you)支(zhi)持(chi)高(gao)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)寬(kuan)禁(jin)帶(dai)器(qi)件(jian)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)更(geng)小(xiao)的(de)外(wai)形(xing)尺(chi)寸(cun)。節(jie)省(sheng)的(de)每(mei)一(yi)盎(ang)司(si)能(neng)量(liang)都(dou)能(neng)增(zeng)加(jia)車(che)輛(liang)的(de)總(zong)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)，從(cong)而(er)減(jian)輕(qing)裏(li)程(cheng)焦(jiao)慮(lv)。

SiC 技術用於當今應用中的優勢

qichehegongyeyingyongzhongdesuoyoudianyuanzhuanhuandouyilaijiyubandaotidekaiguanqijianheerjiguanqushixiangaonengxiaohejiangdizhuanhuansunhao。yinci，bandaotixingyeyizhizainulitigaodianyuanyingyongzhongshiyongdeguijibandaotiqijiandexingneng，tebieshi IGBT、MOSFET 和二極管。加之電源轉換拓撲結構的創新，可實現前所未有的性能。

圖 1：多種應用需要充分利用SiC 技術的優勢

無論是用於汽車主驅

、太陽能逆變器抑或電動汽車充電器

，基於 SiC 的 MOSFET 和二極管產品都能提供比現有矽基 IGBT 和整流器更好的性能和更低的係統級成本。SiC 的寬帶隙特性支持比矽更高的臨界場，因此可實現更高的阻斷電壓能力，例如 1700 V 和 2000 V。而且，SiC 的電子遷移率和飽和速度本質上就高於 Si 器件，因此能夠在顯著更高的頻率和結溫下工作，這兩點都是非常有優勢的。此外
，基於 SiC 的器件開關損耗相對更低

，頻率更高，，這有助於減小相關無源元件（包括磁性元件和電容）的尺寸、重量和成本。

圖 2：SiC 等寬禁帶材料給電源係統帶來多方麵好處

由於導通損耗和開關損耗顯著降低，基於 SiC 的電源方案產生的熱量更少。另外，SiC 器件能夠在高達 175°C 的結溫 (Tj) 下工作，這意味著對風扇和散熱器等散熱措施的需求顯著減少
，係統尺寸、重量和成本得以節省，並且即使在具有挑戰性、空間受限的應用中也能確保更高的可靠性。

對更高電壓器件的需求

SiC 的寬帶隙特性支持比矽更高的臨界場，因此可實現更高的阻斷電壓能力
，例如 1700 V 和 2000 V。對於給定的功率，提高電壓會降低總電流需求，從而降低總銅損。在太陽能光伏 (PV) 係統等可再生能源應用中
，來自 PV 板的直流母線電壓已從 600 V 提高到 1500 V 以提升能效。類似地，輕型乘用車正從 400 V 母線過渡到 800 V 母線（某些情況下為 1000 V 母線），以提高能效並縮短充電時間。過去，對於 400 V 母線電壓，所用器件的額定電壓為 750 V，但現在需要更高的額定電壓，例如 1200 V，甚至 1700 V，以確保器件在這些應用中可靠地工作。

最新技術

為了滿足更高擊穿電壓的需求，安森美開發了一係列 1700 V M1 平麵 EliteSiC MOSFET 器件，針對快速開關應用進行了優化。NTH4L028N170M1 是這首批器件中的一款，其 VDSS 為 1700 V，並且具有更高的 VGS 為-15/+25 V 。該器件的 RDS(ON) 典型值超低僅 28 mW。

新型 1700 V MOSFET 可以在高達 175°C 的結溫 (Tj) 下工作，相關的散熱器尺寸可以大幅減小
，甚至完全無需散熱器。NTH4L028N170M1 的第四個引腳上有一個開爾文源極連接（TO-247-4L 封裝）
，這可以降低導通功耗和柵極噪聲。還有一種 D2PAK–7L 配置
，它能進一步減小 NTBG028N170M1 等器件中的封裝寄生效應。

圖 3：安森美的新型 1700 V EliteSiC MOSFET

安森美即將推出采用 TO-247-3L 和 D2PAK-7L 封裝的 1700 V 1000 mW SiC MOSFET，適用於電動汽車充電和可再生能源應用中的高可靠性輔助電源單元。

除 MOSFET 之外，安森美還開發了一係列 1700 V SiC 肖特基二極管。具有該額定值的 D1 係列器件可在二極管的 反向峰值電壓(VRRM) 和反向重複峰值電壓之間提供更大的電壓裕量。特別是，新器件即使在高溫下也能提供更低的 正向峰值電壓(VFM)、最大正向電壓和出色的反向漏電流，使設計人員能夠實現在高溫高壓下穩定運行的設計。

圖 4：安森美的新型 1700 V 肖特基二極管

新器件（NDSH25170A 和 NDSH10170A）可以 TO-247-2L 封裝和裸片兩種形式供貨，還有一種無封裝的 100 A 版本。

供應鏈考量

在(zai)某(mou)些(xie)行(xing)業(ye)，供(gong)應(ying)鏈(lian)受(shou)到(dao)組(zu)件(jian)供(gong)應(ying)的(de)牽(qian)製(zhi)，因(yin)此(ci)在(zai)選(xuan)擇(ze)新(xin)器(qi)件(jian)和(he)技(ji)術(shu)時(shi)，考(kao)慮(lv)供(gong)應(ying)能(neng)力(li)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。為(wei)了(le)確(que)保(bao)對(dui)客(ke)戶(hu)的(de)供(gong)應(ying)穩(wen)妥(tuo)可(ke)靠(kao)以(yi)支(zhi)持(chi)快(kuai)速(su)增(zeng)長(chang)，安(an)森(sen)美(mei)最(zui)近(jin)收(shou)購(gou)了(le)GT Advanced Technologies (GTAT)。此舉不僅鞏固了供應鏈
，還能使安森美利用 GTAT 的技術經驗。

目前，安森美是為數不多的具有端到端SiC供貨能力的大規模供應商，包括批量SiC晶錠生長
、襯底、外延、器件製造、出色的集成模塊和分立封裝方案。

為支持未來幾年SiC的預期增長，安森美計劃在2023年前將襯底產能增加5倍
，並大力投資將器件及模塊產能增加一倍，隨後
，到2024年
，產能將再次翻倍，並有能力在未來再次將產能翻倍。

總結

借助 SiC 的性能，設計人員將能滿足當今具挑戰的應用需求，包括汽車、可再生能源和工業應用的需求，尤其是功率密度和散熱方麵。

SiC 技術在逐漸成熟，關鍵應用領域在不斷發展和進步，因此 SiC 也必須同步發展以滿足日益增長的需求。例如
，對更高擊穿電壓的需求，安森美推出了新的 1700 V SiC MOSFET 和二極管滿足了這一需求。此外
，安森美目前正在開發 2000 V SiC MOSFET 技術，以支持太陽能、固態變壓器和電子斷路器等新興應用。

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