在过去的几年里，碳化硅()开关器件，特别是 MOSFET，已经从一个研究课题演变成一个重要的商业化产品。最初是在光伏（PV）逆变器和电池电动车（BEV）驱动系统中采用，但现在，越来越多的应用正在被解锁。在使用电力电子器件的设备和系统设计中都必须评估在系统中可能的潜力，以及利用这一潜力的最佳策略是什么。那么，你从哪里开始呢？

工程师老前辈可能还记得双极晶体管在SMPS中被MOSFET取代的速度有多快，或者IGBT模块将双极达林顿晶体管模块踢出逆变器的速度有多快。

电力电子的驱动力一直是降低损耗、小型化和提高可靠性。预计这将继续下去。那么，是否有必要匆匆忙忙地将每个设计尽快从硅（Si）转换到SiC？IGBT是否会像几十年前的双极达林顿一样完全从市场上消失？

今天的电力电子应用比80年代和90年代的应用更加多样化，功率半导体的市场也更大。因此，从Si到SiC的有序的部分替代比所有应用的颠覆性改变更现实。然而，这在具体的应用中取决于SiC为该应用提供的价值。

SiC如何为电力电子设计提供价值？

在使用电感器或变压器的功率变换系统中，SiC可以提高开关频率，从而使电感元件更小、更轻，并最终降低成本，这是SiC MOSFET进入光伏逆变器的重要原因。几年前，SiC MOSFET开始应用在ANPC拓扑结构中，是1500V光伏系统很好的设计方案。这种拓扑结构提高了开关频率，其中只有三分之一的功率器件采用了SiC MOSFET，系统性价比高。

但并非所有的应用都能从提高开关频率中受益。在通用变频器（GPD）应用中，由于没有电感元件可以从更高的开关频率中受益。即使在今天使用的不太高的调制频率下，电机电流也已经是几乎完美正弦的了。但是，SiC也可以用来减少导通损耗。与IGBT和二极管不一样，只要应用通常的PWM模式下，SiC MOSFET在两个方向都具有“无拐点电压”的特性。因此，如果使用足够大的芯片面积，就可以实现导通损耗的大幅降低。这使得设计集成在电机中的驱动器成为可能。它可以集成到密封的机箱内，并采用自然冷却。此外，长时间内工作在轻载的应用，可以利用“无拐点电压”的特点来降低能耗和总拥有成本（TCO）。

如果体二极管可以用作续流二极管，如CoolSiC™ MOSFET，这将提供另一个对某些驱动器很重要的好处。无论功率流方向如何，功率耗散将始终在同一个芯片中，从而大大减少与功率循环有关的温度波动。

图1：体二极管的同步整流

有时，更高的温度运行被宣称为SiC的一个好处。在需要在高温环境下散热的应用中，这将是一个重要的特性，但前提是封装和其他系统元件也要适合这种环境。

总结一下：

当一个应用可以从Si到SiC的切换中受益时，以正确的策略进行切换是很重要的。但是简单粗暴的切换可能无法充分利用新的半导体材料的潜力，即使它的工作没有问题。应该考虑尽量减少直流母线连接和栅极驱动器上的杂散电感，而且在大多数情况下，保护方案也需要调整。由于这需要时间，开发项目应尽早开始，即使目前SiC的供应情况看起来很紧张。