从电池能源到车轮动力，新能源汽车EV的转换效率约为59%-62%，仍有提升潜力。我们的内燃机正在努力达到21%的效率。然而，至少有一种可能的方法可以提高电动汽车的性能，即在动力传输系统中使用新型半导体开关。要达到更高的效率，关键是功率转换效率。这些问题似乎已经被IGBT克服了。然而，随着技术的更新，IGBT在许多应用中已经被碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)制成的宽带隙(WBG)半导体技术所取代。

新型功率半导体公司UnitedSiC宣布将推出四款新型SiC FET——UF3SC。根据介绍，这款产品的RDS(ON)值可以低至7 mω，并且可以提供前所未有的性能和高效率。它适用于电动汽车(EV)逆变器、大功率DC/DC转换器、大电流电池充电器和固态断路器等大功率应用。在这四款新的UF3C SiC FET器件中，一款产品的额定电压为650V，RDS(on)为7mω，另外三款产品的额定电压为1200V，RDS(on)分别为9和16mω。

UnitedSiC工程师表示，与Si器件相比，SiC功率器件可以有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。此外，基于优良的阻力特性，能量损失可减少70-90%。因此，可以极大地改善系统上的散热。因为SiC可以承受更高的温度，所以可以实现更高的集成度。这将满足未来客户对系统小型化和轻量化的需求。其中，出色的二极管特性使得Vf仅为2V，远高于传统的SiC MOSFET 3.5V，从而大大降低了二极管损耗。

UnitedSiC的UF3C FET产品系列的独特之处在于其真正的“直接替代”功能。通过用UnitedSiC FET替换现有的Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET或硅超级结器件，设计人员可以显著提高系统性能，而无需改变栅极驱动电压。

SiC FET基于UnitedSiC独特的“共源共栅”电路配置，其中常开SiC JFET和Si MOSFET封装在一起，可以构建具有标准栅极驱动特性的常关SiC FET器件。因此，在使用UnitedSiC“直接替换”FET升级后，现有系统将有很大的性能提升，实现更低的传导和开关损耗，增强的热性能和集成的栅极ESD保护。

堆叠式共源共栅技术

UF3SC之所以具有这些优势，是因为它采用了层叠式共源共栅技术。什么是共源共栅？在这里，我们来普及一下SiC FET的基础知识和技术原理。

所谓的SiC FET，是一种特定类型的WBG器件，是SiC JFET和Si MOSFET的复合或共源共栅，通常设置为OFF，没有偏置电压，可以在纳秒内切换。与SiC MOSFET和GaN器件相比，它非常容易驱动，其品质因数RDSA和按芯片面积归一化的导通电阻非常出色。由于是垂直结构，这种器件的内部电容极低，使得开关损耗极低。SiC FET具有非常快的体二极管，可以降低电机驱动等应用中的损耗，并且不需要使用外部SiC肖特基二极管。

碳化硅场效应晶体管(共源共栅)RDSA:通过芯片面积比较归一化导通电阻

UnitedSiC新的SiC FET产品的RDS(on)在1200Vds可以接近9mω，650Vds的产品可以是7mω的器件。低阻抗是由于良好的银烧结技术，它与硅IGBT，硅MOSFET和硅MOSFET的栅极驱动电压兼容。这允许客户在现有设计平台上设计电路。如果是新的设计，UnitedSiC FET可以提供更高的开关频率，从而带来显著的系统优势，实现更高的效率，并降低磁性元件和电容等无源元件的尺寸和成本。

此外，UnitedSiC的SiC FET的驱动电压范围可以覆盖20V的范围，可以很容易地升级为Si IGBT、SiFET、SiCMOSFET或Si超级结器件，而无需任何设计改变。

由于SiC FET的阈值电压Vth不会随温度变化，在高温或低温下都会保持良好的开关特性，因此其并联应用将会表现出优异的性能，尤其是在大功率EV逆变器中。有了并行的TO247-4L设备，成本可以显著降低。在损耗方面，对于8kHz，200KW的产品，每个开关使用6x并联SiC FET，损耗可以降低近3倍。这样会大大提高电机的效率，让电动车获得更高的续航里程。

UF3SC65007K4S和基于IGBT的系统在低电池电压系统应用中具有更高的效率。通过使用650V，7 mω的SiC FET，除了作为同步整流器替代辅助侧二极管之外，还可以大大减少正向导通过程中的二极管发热问题。

UF3SC在固态断路器中有优势

与其他二极管不同的是，UF3SC因为不能产生电弧，所以可以作为电阻丝的保护器件。根据介绍，SiC FET会自动限制饱和电流，其内部短路电流会被内部沟道抑制。UnitedSiC的工程师推出了由六个芯片并联而成的保护开关，其阻抗可以小至2mω，在大电流运行过程中可以限制其最大电流，因此是固态电子保护器元件的最佳候选。

另外，在60KVA逆变器的使用中，在传统的设计中，这个功率水平通常由电源模块来实现，而现在高功率水平的设计可以由UnitedSiC分立器件来实现。

与同等级的IGBT相比，WBG的设备被认为更贵。针对这个问题，联合集成电路公司的工程师表示，由于WBG的原材料更贵，价格可能会略有上涨。但是通过工艺的演进，很多产品的价格已经接近Si级MOSFET。虽然IGBT仍然是电机的主力，但是随着材料的演变，很多厂商都在研发基于SiC FET的电机。将来会考虑成本，但WBG无疑是高效率器件的首选。随着电动汽车的强劲趋势，市场需求前景仍然光明。

摘要

得益于UF3SC中RDS(on)最低的SiC FET和UnitedSiC先进的SiC工艺，UF3SC在性能、效率、可靠性、性价比等方面都有不错的表现。

UnitedSiC是市场上唯一可以由si驱动的SiC组件。当代WBG器件，如其SiC FET，是下一代电动汽车电机驱动器的强有力竞争对手，下一代电动汽车电机驱动器可以提供更好的性能、更低的总成本，并在恶劣的汽车环境中可靠运行。因此，预计碳化硅器件将成为未来十年电力传输系统的主导技术。