桥式电路中碳化硅MOSFET替换超结MOSFET技术注意事项

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在桥式电路中，国产碳化硅（SiC）MOSFET（如BASiC基本股份）替换超结（SJ）MOSFET具有显著优势，但也需注意技术细节。倾佳电子杨茜从性能优势和技术注意事项两方面进行深度分析：

倾佳电子杨茜致力于推动国产SiC碳化硅模块在电力电子应用中全面取代进口IGBT模块，助力电力电子行业自主可控和产业升级！
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一、国产碳化硅MOSFET替换超结MOSFET的优势


更低的导通损耗与高温稳定性
国产SiC MOSFET的导通电阻（RDS(on)）在高温下增幅更小。例如，在150°C时，SiC MOSFET（如B3M040065Z）的RDS(on)为55 mΩ，而超结MOSFET（如OSG60R033TT4ZF）则升至65.6 mΩ，差异达98.8%。这得益于SiC材料的高温特性，可显著降低导通损耗，尤其在桥式电路的高温工作环境中优势明显。
高频开关性能优化
国产SiC MOSFET的开关速度更快（如开关延迟时间10 ns vs. 32.8 ns），反向恢复电荷（Qrr）极低（100 nC vs. 1.2 μC），大幅减少了开关过程中的交叠损耗和反向恢复损耗。在桥式电路中，高频开关可缩小无源元件体积，提升功率密度。
更低的开关损耗与效率提升
由于总栅极电荷（Qg）更低（60 nC vs. 104 nC），国产SiC MOSFET的驱动损耗和开关能量（Eon+Eoff）显著降低。例如，在6.6 kW OBC应用中，SiC总开关损耗为14.2 W，而超结MOSFET高达104 W，降幅达58.7%1。高频应用（如100 kHz以上）下，系统效率可提升1.3%-3%。
更高的耐压与可靠性
国产SiC MOSFET的阻断电压更高（650 V vs. 600 V），适用于高电压波动场景（如电动汽车OBC的瞬态工况）。其雪崩鲁棒性更强，可提升系统可靠性。
封装兼容性与高频抑制
TO-247-4封装支持Kelvin源极连接，减少栅极振荡，优化高频开关性能。此外，国产SiC MOSFET的体二极管恢复时间仅11 ns（硅基为184 ns），进一步降低桥式电路中的反向恢复损耗。

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二、技术注意事项驱动电压与负压关断
驱动正压要求：SiC MOSFET需更高驱动电压（+18 V）以降低RDS(on)，而硅基器件通常使用+12 V。若驱动电压不足，导通电阻可能增加20%-25%。
负压关断：推荐关断时施加-3 V至-5 V负压，以减少米勒效应导致的误开通风险，并降低关断损耗（Eoff）35%-40%。
BASiC基本股份针对SiC碳化硅MOSFET多种应用场景研发推出门极驱动芯片，可适应不同的功率器件和终端应用。BASiC基本股份的门极驱动芯片包括隔离驱动芯片和低边驱动芯片，绝缘最大浪涌耐压可达8000V，驱动峰值电流高达正负15A，可支持耐压1700V以内功率器件的门极驱动需求。
BASiC基本股份低边驱动芯片可以广泛应用于PFC、DCDC、同步整流，反激等领域的低边功率器件的驱动或在变压器隔离驱动中用于驱动变压器，适配系统功率从百瓦级到几十千瓦不等。
BASiC基本股份推出正激 DCDC 开关电源芯片BTP1521xx，该芯片集成上电软启动功能、过温保护功能，输出功率可达6W。芯片工作频率通过OSC 脚设定，最高工作频率可达1.5MHz，非常适合给隔离驱动芯片副边电源供电。
对于驱动正负压供电的需求，BASiC基本股份提供自研电源IC BTP1521F系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524或者隔离驱动BTD5350系列。
米勒钳位功能的应用
在桥式电路中，高dv/dt易引发米勒效应，导致对侧MOSFET误开通。需采用带米勒钳位功能的驱动芯片（如基本半导体的BTD25350），通过低阻抗泄放回路抑制串扰电流，将门极电压稳定在安全范围内。
热管理与封装适配性
SiC MOSFET的热阻可能略高（如0.6 K/W vs. 0.35 K/W），需优化散热设计（如增强PCB铜层厚度或使用散热基板）。
TO-247-4封装需注意Kelvin引脚布局，减少源极寄生电感对驱动波形的影响。
寄生电感与布局优化
高频开关产生的电压尖峰与寄生电感密切相关。需缩短驱动路径，减少PCB寄生电感，并采用低环路电感布局，避免长引脚导致的振荡和误触发。
驱动芯片选型与兼容性
选择支持高拉/灌电流（如4A/6A）的驱动芯片，以满足SiC MOSFET快速开关需求。对于驱动正负压供电的需求，BASiC基本股份提供自研电源IC BTP1521F系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524或者隔离驱动BTD5350系列。

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三、应用场景与成本考量适用场景：高频（>50 kHz）、高温（>100°C）或高可靠性要求的桥式电路，如车载OBC、5G电源、光伏逆变器等。
成本平衡：国产SiC器件单价（如BASiC基本股份）已经低于替换规格的进口超结MOSFET，售价与国产超结MOSFET价格相近，加上通过减少散热需求、提升效率（降低系统总损耗30%-60%）和缩小无源元件体积，电源综合成本具备更优竞争力。

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总结国产碳化硅MOSFET（如BASiC基本股份）在桥式电路中替代超结MOSFET的核心优势在于高频高效、高温稳定性和耐压可靠性，但需通过优化驱动设计（电压、米勒钳位）、热管理和布局降低技术风险。随着国产SiC器件的成熟（如BASiC基本股份），其在电力电子领域的渗透率将持续提升，加速全面取代超结MOSFET，助力大功率电源行业自主可控和产业升级。