最新消息 | 有萬科技

SiC MOSFET 的單管額定電流受晶片面積、封裝散熱、導通電阻等因素限制，常見的單管額定電流多在幾十到兩百安培，而軌道交通、新能源併網、高壓逆變器等場景，往往需要千安級的電流輸出，單管無法滿足。因此，SiC MOSFET的並聯應用的場景越來越普遍。

不管是SiC MOSFET還是IGBT，並聯的目標都是實現電流的均勻分佈，且消除晶片間的振盪。為了達到這個目標，我們需要做到三點：

1. 並聯晶片參數盡可能一致

2. 功率迴路、驅動迴路與散熱結構佈局一致

3. 閘極驅動電路的最佳化設計

作為高速開關裝置，SiC MOSFET使其並聯應用面臨與IGBT不同的挑戰。以下將詳細解釋在實際應用中如何實現以上三點。

裝置參數對並聯的影響

➽ 導通電阻Rᴅs₍ₒₙ₎

導通電阻Rᴅs₍ₒₙ₎失配會導致靜態電流不平衡。這個原理很好理解，MOSFET導通電流時類似電阻，電流會集中在電阻小的路徑。但好在SiC MOSFET的導通電阻是正溫度係數，此特性能有效地對靜態電流不均勻形成負回授。即電流更集中的元件結溫較高，導通電阻明顯升高，電流轉向另外的低阻抗通路，進而達到自動均流的效果。 MOSFET導通電阻正溫度係數越明顯，靜態電流不均衡的抑制效果越顯著。

英飛凌SiC MOSFET系列裝置由於採用了溝槽柵極技術，其導通電阻具有非常強烈的正溫度係數，對靜態不均流具有良好的抑製作用。同時，英飛凌所有裝置的導通電阻都具有非常低的離散度。下圖是英飛凌650V SiC MOSFET導通電阻與平面柵廠商的對比，可以看到，不論額定電阻多少，英飛凌Rᴅs₍ₒₙ₎最大值對比典型值的比例都是最低的。

➽ 閾值電壓Vɢs₍ₜₕ₎

除了靜態均流，動態電流不均衡也是困擾並聯的一大難題。 SiC MOSFEST閾值電壓不匹配是晶片層面導致動態不均流的主要因素。與導通電阻不同，SiC MOSFET閾值電壓呈現負溫度係數，意味著閾值電壓越低的裝置，在開通時越容易分到更多的電流，結溫升高更明顯，閾值電壓下降，導致下次開通時得到的電流更高。 SiC MOSFET此特性非常不利於均流，所以門檻Vɢs₍ₜₕ₎一致性的配對就非常重要。不僅常溫下閾值要高度匹配，閾值的溫度曲線也要盡量一致。

英飛凌SiC MOSFET閾值電壓具有高度一致性。我們測試了4個品牌的各70pcs裝置的閾值電壓，其中M1是英飛凌的裝置。可以看到，英飛凌最大的閾值偏差僅為0.3V，75%的裝置偏差值在0.2V以下，明顯低於其它廠家，其中M4偏差最大，達到了0.6V，是英飛凌的兩倍。

除了常溫閾值的嚴格一致性，相對於平面柵廠家，英飛凌CoolSiC™ 產品具備更低的柵極源閾值電壓溫度係數，這使得其對動態電流不均流的正回饋就非常弱。此特性可保障並聯運轉的穩定性，因此具有顯著優勢。

英飛凌SiC MOSFET之所以具有良好的閾值一致性以及穩定性，是源自於溝槽柵狀結構的天然優勢。 MOSFET的閾值電壓Vɢs₍ₜₕ₎ 是使元件開始形成導電通道所需的最小閘極與源極之間的電壓。在平面柵狀結構中，溝道形成於矽片表面，容易受到後續離子注入、退火等製程的影響。而在溝槽柵結構中，溝道掩埋於矽片內部，且溝槽內填充多晶矽，可有效保護溝道不受後續製程影響，從而保證了閾值的一致性。