文章概述
本文中，DigiKey探讨碳化硅（SiC）在高压电源应用中的设计要点，包括栅极驱动、热管理、电磁干扰控制等，助力高效、可靠的电源系统开发。
碳化硅（SiC）已成为高压、高效电源应用的首选半导体材料，广泛应用于电动汽车、工业电源和太阳能逆变器等领域。与传统硅材料相比，碳化硅具有更快的开关速度、更优异的热性能和更低的损耗。然而，为了确保基于碳化硅的电源系统稳定、高效且可靠，设计过程中需要考虑几个关键因素。
一、关键设计注意事项
（一）使用合适的栅极驱动电压
由于碳化硅 MOSFET的开关速度快，传统的硅 MOSFET栅极驱动技术可能并不适用。应使用±15V（通常为15V/-5V）的栅极驱动电压，以避免过高或过低的栅极电压影响开关性能或损坏元件。
（二）优化热管理
尽管碳化硅具有低导通电阻（RDS(on)）和较低的开关损耗，但仍需要良好的热管理。选择低热阻封装（如TO-247或DFN），并使用高导热材料（如氮化铝（AlN）绝缘层），以在高功率下保持性能稳定。
（三）减少高速开关产生的电磁干扰（EMI）
碳化硅的高速开关可能因寄生电感而导致振铃和电磁干扰（EMI）。因此，需要对此进行控制：
优化PCB布局
缩短走线
使用低寄生电感封装：如开尔文源极封装
有助于实现平稳的开关过程并减少电磁干扰。
（四）添加快速过流和钳位保护
碳化硅MOSFET的短路耐受能力较弱，通常小于5µs。设计中应加入快速过流保护（OCP）和二极管钳位保护，以保护元件免受瞬态故障和过载情况的影响。
（五）考虑反向导通特性
碳化硅MOSFET内部的体二极管可以反向导通，但其反向恢复特性较差，可能会导致额外损耗。对于存在频繁反向导通的应用，应添加外部碳化硅肖特基势垒二极管，以减少损耗并提高效率。
二、结论
碳化硅在高压设计中表现出卓越的性能，但它并非硅的直接替代品。设计时需要额外关注栅极驱动、布局、热管理和保护电路。通过遵循最佳实践，您可以充分发挥碳化硅的性能，设计出紧凑、高效且坚固的电源系统。
文章来源：DigiKey