用于电动汽车充电器的 SiC（碳化硅） 器件

　　电动汽车的广泛采用很大程度上取决于其实用范围超出城市出行的范围。这是通过不断提高电池组的容量和相关电力电子设备的效率来实现的。同时，消费者要求在庞大的物理位置网络中缩短充电周期和更方便的充电方法。这两种趋势是直接对立的，但最终促进了电动汽车充电站的发展。

　　图 1 显示，电池容量在过去五年中增加了一倍多，而充电站电力容量几乎增加了两倍。这得益于电池化学和结构以及充电器电路拓扑和组件方面的技术进步。

　　典型的电动汽车充电站由多个建筑元素组成。在左上方，引入三相交流电源并使用有源器件进行整流，这些器件既高效又控制功率因数校正。输出电流和电压受到监控，并在 400 V 至 1,000 V 之间提供给电动汽车电池。所有高压电力电子设备均通过并联且隔离的低压域进行控制。它由交流-直流转换器、微控制器和众多接口组成。

　　为了满足这些高性能和高效的电动汽车充电设计的需求，罗姆提供了专门针对电动汽车充电应用定制的广泛的有源和无源电子器件产品组合。特别是碳化硅MOSFET和二极管，以及配套的栅极驱动器，在价格和性能方面产生了强大的竞争优势。

　　SiC MOSFET：推动电动汽车趋势

　　SiC是一种宽带隙半导体，以其高耐压、高功率密度、低通态电阻和优异的导热性而占据了电力电子领域的中心地位。这些特性都非常适合电动汽车充电站内执行的许多任务。

　　Rohm 的第四代 SiC MOSFET 基于专有的沟槽结构，可降低有源区域的导通电阻，同时保持高电压运行。其结果是业界损耗最低的设备，提供快速切换、高可靠性和轻松实施。

　　除了减少器件有源区域的传导损耗外，寄生电容也得到显着改善。这有助于减少这些寄生效应在高速充电和放电过程中的功率损耗，并避免自开启。结果是发热显着改善，散热器尺寸要求减少高达 40%。

　　第四代沟槽设计的另一个重要特征是明显更高的阈值电压。在典型的桥式电路中，通常存在一个 MOSFET 导通过快的危险，这会导致另一个器件由于寄生 C gd 耦合而意外导通。由于瞬态馈通电流，这会显着增加开关过程的损耗。为了减轻这种影响，MOSFET 通常使用专用负电压电源在关断状态下偏置。这种额外的电源增加了成本，使设计复杂化并引入了新的潜在故障模式。

　　Rohm 第四代 SiC MOSFET 的阈值电压较高，有助于可靠运行，且不会增加负栅极偏压的复杂性。即使在结温升高的情况下，沟槽设计在快速开关事件期间也不会表现出自导通趋势。

　　考虑到所涉及的高电压和电流，电动汽车充电器的可靠性至关重要。该应用领域中 MOSFET 的一个关键可靠性指标是短路耐受时间(SCWT)。尽管特定导通电阻降低，但罗姆第四代 SiC MOSFET 中独特的器件结构仍可实现较低的饱和电流。因此，该器件在短路条件下的存活时间比传统结构要长得多。Rohm 器件在发生故障之前可以保持短路状态 5.54 ?s。与用于比较的两种竞争产品相比，这是一个显着的改进。

　　低导通电阻、最小寄生电容和高短路耐受能力的结合使这些 SiC MOSFET 极其高效和可靠。当与单电源栅极偏置的简单性相结合时，这些器件非常适合电动汽车充电站内的许多高压、高功率开关应用。