眾所周知，SiC功率器件相比傳統的Si類器件有著開關損耗小、開關頻率高和封裝小等諸多優勢，因此更適合應用於電動汽車、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系列產品——UF3SC，首次在業界實現了小於10mΩ的RDS(on)的特性，將SiC功率器件產品的性能推到了新的高度。21ic特此就此全新產品與United SiC亞太區的FAE經理Richard Chen先生進行了深入的溝通。
業界最低 RDS(on)的SiC器件
據Richard介紹，United SiC採用了一種簡單的結構來實現更好的性能表現，將一個SiC JFET和一個Si基的MOSFET採用共源共柵的方式燒結在一起。SiC JFET在常開狀態：正嚮導通的時候電流首先流經SiC JFET然後通過Si基的MOSFET;在反嚮導通的時候電流先流經Si基的MOSFET然後通過SiC FET。在阻塞模式時，Si MOSFET處於關閉狀態，可以提供20V的電壓給SiC JFET，讓SiC JFET處於關閉狀態，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系列產品，在延續了之前產品的優秀設計的基礎上，最大的亮點是將關鍵的RDS(on)降低到了10mΩ之內。RDS(on)即當MOSFET完全打開時的從源極到漏極的總電阻，這個參數關係到JFET的導通損耗。目前業界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SiC設計中實現替換與升級
United SiC的另一個非常重要的優勢就是其具有和傳統Si器件一致的驅動電壓，因此可以直接在客戶即有的平台上進行升級。
如下圖所示，傳統的Si基的JFET的驅動電壓是0～12V，而Si基IGBT的導通電壓需要達到15V以上，傳統第三代SiC MOSFET的驅動電壓則是-4V～15V，只有United SiC的 FET是與傳統Si基JFET是保持完全一致的驅動電壓範圍。所以如果客戶需要在傳統的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的驅動電路中工作，無需額外的電路調整。
在VGS的額定電壓範圍方面，Si基的JFET和IGBT具有相同的電壓範圍是+/-20V，而第三代SiC器的電壓範圍有限，只能覆蓋到-5V～+10V的電壓範圍。但是United SiC FET的VGS的額定電壓範圍是+/-25V的電壓範圍，可以安全覆蓋Si基器件的VGS的電壓範圍。因為United SiC的門是Si基的器件，所以並不會像其他SiC器件一樣出現Vth漂移的現象，而且在Gate和Source端之間還有內建的ESD保護二極體。
United SiC還推出了Super-Junction MOSFET的替換計劃，客戶可以直接用United SiC的器件來替代傳統的Si基的高壓超結的器件，實現更低的Vgs的延時和更高的輸出能效。帶來的最終結果就是可以獲得更快的開關頻率，並且達到節能的效果;據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，據悉United SiC的產品就非常適合應用在高功率EV逆變器的設計中。電動汽車最令人關注的一個參數就是續航里程，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航里程。採用UF3SC系列的器件，可以讓逆變器的效率保持在99%以上，提供兩倍於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相比傳統基於IGBT的系統具有更高的效率。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體的一半，可以用在輔助側二極體的同步整流器來顯著減少系統總的損失和熱負擔。
固態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，實現一個斷開的保護。這樣就直接通過SiC器件實現了一個斷路保護的優勢。
最後在60KVA逆變器這一應用領域，傳統的模塊的方案體積大、成本高、效率低，而現在使用單管的UF3SC的方案就可以直接實現，所以就極大地降低了整體的設計複雜度和bom成本。
除了以上提及到的與電動汽車相關的應用之外，通訊電源領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品來支持。而目前在這個市場上，United SiC也已經有了不少的客戶在採用這種先進的方案。
採用Si基MOSFET和SiC基的JFET，採用共源共柵的方式將其燒結在一起，是United SiC的最大設計特色。這種結構確保其產品可以保持與Si類功率器件保持一致的驅動電壓，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，更是以小於10mΩ的業界最低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、更為穩定可靠的解決方案。
作者：劉岩軒
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