在过去20年间，额定电压介于650V至1200V的SiC功率器件的采取率越来越高，如今的1700V SiC产品便是在其成功的根本上打造而成。技能的进步推动终端设备取得了极大的发展；如今，随着额定电压为1700V的功率器件的推出，SiC技能的浩瀚上风已惠及新兴终端设备细分市场，包括电动商用和重型车辆、轻轨牵引和赞助动力、可再生能源以及工业传动等领域。
设计职员可借助适当的功率器件封装和栅极驱动最大程度地发挥1700V SiC MOSFET的上风，这样便能在最宽的功率水平内扩大其相对付现有硅办理方案的上风。
低功率水平下的上风
在低至几十至几百瓦的功率下事情时，1700V SiC MOSFET晶体管的上风开始展现。SiC技能是赞助电源（AuxPS）的空想办理方案，险些所有电力电子系统都利用AuxPS。如果没有赞助电源，将无法为栅极驱动器、检测和掌握电路或冷却风扇供电。由于它供应任务关键型功能，因此可靠性是AuxPS运用的第一要务。
1700V SiC MOSFET帮助减轻AuxPS故障的方法之一是利用其高击穿电压、低比导通电阻和快速开关等特性。在这些特性的共同加持下，可极大简化采取单开关反激拓扑的电路设计（见图1）。比较之下，基于硅的办理方案则面临各种问题，包括额定电压对付该拓扑而言过低（这就须要利用双开关架构，导致故障风险更加），或者须要捐躯性能才能达到额定电压。此外，这类办理方案的供应商数量较少，本钱也高于SiC器件。
图1. 采取宽输入单开关反激拓扑的常见赞助电源
1700V SiC MOSFET采取单开关反激拓扑，便于当今的低功率隔离开关电源支持多种输入和输出哀求。它们能够接管范围较宽的高压直流输入（300V至1000V）并输出低压（5V至48V）电源。单开关反激拓扑不但改进了简便性，还减少了元件数量并降落了干系总本钱。
除了可靠性提高、掌握方案繁芜度降落、元件数减少和本钱低落以外，利用1700V SiC MOSFET的AuxPS的形状也更加小巧。SiC MOSFET的面积归一化导通状态电阻也称为比导通电阻（Ron,sp），是硅MOSFET所呈现特性的一部分。这意味着小型芯片可以利用小型封装，从而降落导通损耗，终极使散热器的尺寸减小、用度降落，乃至无需利用散热器。SiC MOSFET的开关损耗也较低，这为通过增大开关频率来缩减变压器的尺寸、重量和本钱供应了一种路子。
图2给出了各种SiC器件的效率随输出功率提高的程度。凭借当今最高效的器件，系统设计职员乃至能够实现被动冷却，即无需散热器。
图2. 多款SiC器件与一款硅高压MOS器件的效率—输出功率曲线比较
随着功率处理能力的提高，上风逐渐增多
随着功率处理能力的提高，SiC技能更快速、更高效的开关性能的影响也在增加。当功率范围增加至几十或几百千瓦（kW）时，SiC技能有许多运用。图3给出了功率为千瓦级的三相逆变器（本例中为75 kW）及其拓扑。它常常运用于EV牵引、EV充电器、太阳能逆变器、UPS和电机驱动等领域。
图3. 上述千瓦级三相逆变器（包括功能部分和拓扑）的关键优先级依次为效率、可靠性和功率密度（尺寸减小且重量减轻）
图4将此利用1700V低电感封装功率模块的逆变器设计的效率与替代功率半导体的效率进行了比较。SiC模块在10 kHz时的峰值效率可达99.4%。纵然开关频率变为原来的三倍，即达到30 kHz，SiC模块的效率仍旧高于硅IGBT。这样一来，便可以更换掉更重、更昂贵的滤波器组件，使尺寸缩小至原来的三分之一。
图4. 10 kHz和30 kHz开关频率下SiC办理方案与硅IGBT的效率比较
常日，与硅IGBT比较，MOSFET的开关损耗均匀降落80%，这不但有助于转换器提高开关频率，还能更换掉更重、更昂贵的变压器，从而缩小尺寸、减轻重量及降落本钱。SiC MOSFET和硅IGBT在重载下的导通损耗相似，但考虑所谓的“轻载”条件实在更加主要，由于很多运用在其大部分利用寿命期间都在轻载条件下运行。处于遮阳构造下或阴天时的太阳能逆变器，无风尚象下运行的风力涡轮机转换器，通过运输赞助电源（APU）定期开/关的列车车门等，这些均处于轻载条件下。在这些用例中，与硅IGBT比较，SiC MOSFET的导通更低，这与它们减少的开关损耗相辅相成，设计职员可以减少乃至去除散热或其他热管理方法。
与低功率AuxPS运用一样，凭借在这种较高功率范围内利用的SiC MOSFET，设计职员可通过利用更大略的电路拓扑和掌握方案来提高可靠性。而这又有助于减少元件数并降落干系本钱。在这些运用中，中等功率电源转换器的高功率传输需求须要利用常日介于1000V和1300V之间的较高直流总线电压。为了最大程度提高效率，在此类高直流链路电压下利用硅晶体管的设计职员过去不得不从一些繁芜的三级电路架构中进行选择。例如，二极管中性点钳位（NPC）电路、有源NPC（ANPC）电路和T型电路。当利用1700V SiC MOSFET时，这种情形发生了改变，设计职员现在可以利用器件数减半且掌握方案显著简化的两级电路。例如，之前在三级电路拓扑中利用硅IGBT的系统，现可在更可靠的两级拓扑中利用一半数量（或更少）的1700V SiC MOSFET模块。
图5给出了设计职员利用SiC技能大幅减少NPC、ANPC和T型电路的总器件数的显著程度。如果完备不考虑在每个开关位置并联的多个器件的好处，那么IGBT所利用的各种电路架构的元件数将达到SiC办理方案的4至6倍。随着器件数的大幅减少，栅极驱动器的数量也相应减少，这样掌握方案便得到了简化。
图5. SiC技能能够利用更大略的两级拓扑提高效率和功率密度，同时增强可靠性。这样，每相桥臂只需两个器件加上两个驱动器即可构成75 kW三相逆变器，如上面的NPC、ANPC和T型电路示例中所示
迈向兆瓦级运用
兆瓦级运用涵盖商用和重型车辆中的固态变压器（SST）和中压直流配电系统到牵引动力单元（TPU）。其他运用包括中心太阳能逆变器、海上风能转换器和舰载电源转换系统。图6供应了模块化多级转换器的示例。
图6.模块化多级转换器
在处于此兆瓦级功率范围的运用中，上图给出的固态变压器转换器利用多级串联电源单元知足电压哀求。每个单元可以是半桥单元或全桥单元。一些设计职员乃至会选择三级架构。利用基于基本单元的模块化办理方案有助于提高可扩展性，同时最大程度地减少掩护事情。这些单元有时称为电力电子构件或子模块，它们配置为级联H桥转换器或模块化多级转换器（MMC）。
为了实现这些单元，设计职员过去利用1200V至1700V硅IGBT。将这些IGBT改换为1700V SiC MOSFET（单元级）时，产生的效果与低功率运用中的描述相同：更出色的功率处理能力和电气性能。1700V SiC MOSFET的低开关损耗可提高开关频率。每个单元的尺寸大幅减小，并且1700V的高阻断电压可减少达到相同直流链路电压所需的单元数。终极，这不但通过减少单元数提高了系统可靠性，同时还通过利用更少的有源开关和栅极驱动器降落了本钱。例如，当在10 kV中压配电线上运行的固态变压器中利用1700V SiC办理方案时，与利用硅替代方案的变压器比较，串联单元数减少了30%。
功率器件封装和适当栅极驱动的主要性
SiC MOSFET能够以极高的速率进行高功率开关，因此必须减轻由此引起的次级效应，包括噪声和电磁滋扰（EMI），以及由寄生电感和过热引起的有限短路耐受韶光和过压。范例中等功率电源转换器可在1 μs内关闭1000V–1300V总线上的几百安电流。
Microchip供应能够大幅减小寄生电感的SiC MOSFET模块封装选项。个中包括杂散寄生电感低至2.9纳亨（nH）以下的半桥封装，这种封装可最大程度地提高电流、开关频率和效率（见图7）。这类封装还供应更高的功率密度和小巧的形状，并联少量模块即可构建完全部系，有助于进一步减小设备的尺寸。
图7. 当今的SiC模块为设计职员供应了多种封装选项，包括杂散电感低至2.9 nH以下的半桥选项（如上所示）
除了最大程度地减小封装电感和优化系统布局以外，设计职员还可利用专门设计的全新栅极驱动方法来减轻SiC MOSFET快速开关引起的次级效应。与传统仿照方案比较，当今的可配置智能快速反应数字栅极驱动器最高可将漏极-源极电压（VDS）过冲降落80%，开关损耗降落50%。此外，这类驱动器还能使上市韶光最多缩短6个月，并且供应全新的增强型开关功能。
凭借这些功能，设计职员可探索各种配置并将其重复用于不同的栅极驱动器参数，例如栅极开关配置文件、系统关键型监视器和掌握器接口设置。它们能够快速微调栅极驱动器来支持多种不同的运用，而无需对硬件进行任何修正，从而缩短从评估莅临盆的开拓韶光。它们还能够根据须要和/或在SiC MOSFET性能降落时在设计过程中变动掌握参数，以及现场变动开关配置文件。
当今的SiC MOSFET产品也是综合SiC生态系统的一部分，可知足从评估一贯莅临盆的各种需求。个中包括可定制的模块选项以及数字栅极驱动器，用户只需单击鼠标即可优化系统性能及缩短上市韶光。其他生态系统元件包括参考模块适配器板、SP6LI低电感功率模块、安装硬件以及热敏电阻和直流电压连接器，再加上可配置软件的编程工具包。配套的分立式产品完善了生态系统。
浩瀚上风
在从数瓦到数兆瓦的浩瀚功率变换运用中，高压SiC MOSFET正在推动设计职员超越硅办理方案的各种限定，从而推动功率变换系统开拓领域的创新。在运用到功率转换器和功率系统时，它们能够提高可靠性和效率，同时降落本钱、减小尺寸并减轻重量。与智能数字栅极驱动合营利用时，1700V SiC MOSFET可发挥最大代价。Microchip供应丰富且可靠耐用的SiC元件产品组合，这些产品以芯片、分立元件和功率模块以及数字栅极驱动器办理方案的形式供应，让设计职员能够轻松、快速且自傲地采取SiC。
