SiC 和 GaN 半导体促进电力电子产品转型升级

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在电动汽车、工业电源和太阳能系统中，碳化硅]从混合动力和电动汽车到数据中心和军用电力电子，SiC 和 GaN 半导体材料已然成为高压电力电子设备提高功率转换效率和改进节能的可行选择。

例如，一直以来，电动汽车 (EV) 的动力总成逆变器都依赖硅基 IGBT，但是由于 SiC MOSFET 工作频率更高，并且适用于击穿电压较高的应用，因而青睐后者的 EV 设计人员逐渐增多。

基于上述原因，在混合动力和电动汽车中，SiC 肖特基势垒二极管 (SBD)、SiC MOSFET、SiC 结型场效应管 (JFET) 和其他 SiC 分立器件等 SiC 器件的应用增长强劲。以此形势发展，下一步即可推出全 SiC 模块。

对于]SiC 材料具有 2.86 eV 的宽带隙1，而硅的带隙仅为 1.11 eV，因此 SiC 的导热率相对较高，从而能够在大功率应用中驱动高压。SiC 的功率密度更高，兼具耐用性和可靠性，因而适用于车辆电气化、太阳能逆变器和其他大功率应用的功率转换系统。

例如，Wolfspeed（Cree]Wolfspeed 将 E 系列 SiC MOSFET 定位为业内开关损耗最低、品质因数 (FOM) 最高的器件。事实上，该系列器件的 RDSon 确实低至 65 mΩ，而考虑到 WBG 功率器件的电功率损耗和热限制，截至撰写本文之时，该系列器件的 FOM 实属业内一流。

此外，针对极端恶劣环境中的太阳能系统，这些]Rohm Semiconductor 也推出了各种额定电流和不同封装的第三代 SiC SBD。SBD 显着改善了 VF 特性，实现高浪涌电流阻抗，同时减小漏电流。因此相较于硅快速恢复二极管 (SiFRD)，该器件的开关损耗更低。

此外，Rohm]相较于传统 IGBT 模块，全 SiC 半桥功率模块的开关损耗显著降低，工作频率高达 100 kHz 以上。

GaN：比硅器件更小更快

GaN]以 EPC 的 EPC2206 器件为例（图 2）。EPC2206 是 eGaN® FET 系列产品之一，主要面向采用 48 V 总线配电系统的车辆，有助于电动启停、电动转向、电子悬挂和变速空调等功能的实现。EPC2206 eGaN FET 仅以焊条状的钝化芯片结构提供。芯片尺寸为 6.05 mm x 2.3 mm。

图 2：EPC 的 EPC2206 eGaN FET 仅以焊条状的钝化芯片结构提供。芯片尺寸为 6.05 mm x 2.3 mm。（图片来源：EPC）

EPC]EPC9036 开发板包含两块并联的 30 V EPC2100 eGaN IC，以及一个板载栅极驱动器以增大输出电流。该开发板包含所有关键组件，并优化布局以实现最佳开关性能。

此外，Transphorm]由上述解决方案可见，SiC 和 GaN 功率器件已完全商品化。随着这些器件不断解决主要应用领域的关键设计挑战，产量和可用性也会相应增加，有利于在直接替代方面更接近同类硅基产品。