電力電子產業未來的發展趨勢之一便是使用更高的開關頻率以獲得更緊密的系統設計，而在高開關頻率高功率的應用中，SiC器件優勢明顯，這就使得SiC MOSFET在5G基站、工業電源、光伏、充電樁、不間斷電源系統以及能源儲存等應用場景中的需求不斷提升。

SiC MOSFET的特性

更好的耐高溫與耐高壓特性

基于SiC材料的器件擁有比傳統Si材料制品更好的耐高溫耐高壓特性，其能獲得更高的功率密度和能源效率。由于碳化硅（SiC）的介電擊穿強度大約是硅（Si）的10倍，因此，其允許使用更薄的漂移層來維持更高的阻斷電壓，這使得SiC功率器件可以提供高耐壓和低壓降。更薄以及更高注入的漂移層可以帶來更低的正向壓降以及導通損耗，與相同耐壓條件下的Si相比，SiC器件中的單位面積導通電阻更低。

單極器件，關斷損耗低

由于SiC MOSFET是單極器件，即便在高壓產品中，也只能通過電子工作，因此不會產生拖尾電流；同時，與Si IGBT相比，SiC MOSFET關斷損耗也較低，因此，其能夠在高頻范圍內運行，這對于Si IGBT來講，是很難實現的。此外，該特性也有助于設計小型化無源元件。

高熱導率，適合高壓領域

SiC材料擁有3.7W/cm/K的熱導率，而硅材料的熱導率僅有1.5W/cm/K，更高的熱導率可以帶來功率密度的顯著提升。可以說SiC材料的出現使得MOSFET及肖特基二極管的應用范圍可以推廣到高壓領域。

與傳統的硅Si IGBT（低柵極輸入電荷等）相比，東芝的TW070J120B 1200V SiC MOSFET可提供更高的開關速度、低導通電阻和高柵極電壓閥值（Vth），可預防故障；較寬的柵極-源極電壓（VGSS），支持更簡單的柵極驅動設計。

了解過SiC MOSFET的多種特性，下面我們就以2kVA輸出單相逆變器為例，分析使用SiC MOSFET器件的好處。

使用SiC MOSFET的好處

在分析比對的過程中，工程師通過將產品中的IGBT替換為東芝TW070J120B，可以發現在導通損耗、開關損耗以及整體損耗方面都顯著降低，這在很大程度上歸功于SiC MOSFET增強的開關特性。

由于碳化硅（SiC）的寬帶隙特性，所以東芝TW070J120B在高耐壓、低導通電阻和高速開關特性方面具有極大優勢。與IGBT不同，新器件結構不會產生拖尾電流，這意味著可將開關損耗保持在較低水平。通過替換操作，2kVA輸出單相逆變器在額定運行期間每個器件的損耗可從14.4W降至8.5W，這相當于損耗降低了約41%。

除了降低損耗外，SiC MOSFET在高溫環境下具有優異的工作特性，可簡化現有的散熱措施。此外，由于開關損耗非常低，系統可在更高的頻率下運行。如能提高開關頻率，就可以降低外圍器件（線圈和電容器）的大小，從而節省空間和成本，并使產品具有更大的競爭優勢。

在升級為SiC MOSFET過程中，東芝不僅成功解決了功率損耗問題，還提供了大量的額外技術支持。未來，東芝也會持續地創新技術，以提高SiC MOSFET性能，擴大基于碳化硅（SiC）的功率器件產品線，為碳中和的目標而助力。

編輯：jq