引言

　　近年來，為了實現(xiàn)“碳中和”等減輕環(huán)境負荷的目標，需要進一步普及下一代電動汽車（xEV），從而推動了更高效、更小型、更輕量的電動系統(tǒng)的開發(fā)。尤其是在電動汽車（EV）領(lǐng)域，為了延長續(xù)航里程并減小車載電池的尺寸，提高發(fā)揮驅(qū)動核心作用的電控系統(tǒng)的效率已成為一個重要課題。SiC（碳化硅）作為新一代寬禁帶半導體材料，具備高電壓、大電流、高溫、高頻率和低損耗等獨特優(yōu)勢。因此，業(yè)內(nèi)對碳化硅功率元器件在電動汽車上的應(yīng)用寄予厚望。

　　羅姆第4代SiC MOSFET應(yīng)用于“三合一”電橋

　　近日，上汽大眾與臻驅(qū)科技聯(lián)合開發(fā)的首款基于SiC技術(shù)的 “三合一”電橋完成試制。據(jù)悉，對比現(xiàn)有電橋產(chǎn)品，這款SiC“三合一”電橋在能耗表現(xiàn)方面非常搶眼，每百公里可節(jié)約0.645kW·h電能。以上汽大眾在ID 4X車型上的測試結(jié)果為例，對比傳統(tǒng)的IGBT方案，整車續(xù)航里程提升了4.5%。由此可知，SiC電橋方案的優(yōu)勢非常明顯。但作為一種新技術(shù)，SiC電控系統(tǒng)還存在一些開發(fā)難點，比如SiC模塊的本體設(shè)計，以及高速開關(guān)帶來的系統(tǒng)EMC應(yīng)對難題。值得一提的是，臻驅(qū)科技此次完成試制的“三合一”電橋采用的是羅姆第4代SiC MOSFET裸芯片，充分發(fā)揮了碳化硅器件的性能優(yōu)勢。

　　羅姆于2020年完成開發(fā)的第4代SiC MOSFET，是在不犧牲短路耐受時間的情況下實現(xiàn)業(yè)內(nèi)超低導通電阻的產(chǎn)品。該產(chǎn)品用于車載主驅(qū)逆變器時，效率更高，與使用IGBT時相比，效率顯著提升，因此非常有助于延長電動汽車的續(xù)航里程，并減少電池使用量，降低電動汽車的成本。

　　圖 | 第4代SiC MOSFET和IGBT的逆變器效率比較

　　羅姆第4代SiC MOSFET的獨特優(yōu)勢

　　羅姆作為碳化硅領(lǐng)域的深耕者，從2000年就開始了相關(guān)的研發(fā)工作，并在2009年收購碳化硅襯底供應(yīng)商SiCrystal后，于2010年率先推出了商用碳化硅MOSFET，目前產(chǎn)品涵蓋SiC SBD、SiC MOSFET和全SiC模組，其中SiC SBD、SiC MOSFET可以裸芯片的形式供貨。羅姆在2015年發(fā)布了第3代也是第一款商用溝槽結(jié)構(gòu)的SiC MOSFET產(chǎn)品，支持18V驅(qū)動。2020年，羅姆又推出了第4代SiC MOSFET。目前，不僅可供應(yīng)裸芯片，還可供應(yīng)分立封裝的產(chǎn)品。分立封裝的產(chǎn)品已經(jīng)完成了面向消費電子設(shè)備和工業(yè)設(shè)備應(yīng)用的產(chǎn)品線開發(fā)，后續(xù)將逐步開發(fā)適用于車載應(yīng)用的產(chǎn)品。

　　對比羅姆的第3代SiC MOSFET產(chǎn)品，第4代SiC MOSFET具有導通電阻更低的特點。根據(jù)測試結(jié)果顯示，在芯片尺寸相同且在不犧牲短路耐受時間的前提下，羅姆采用改進的雙溝槽結(jié)構(gòu)，使得MOSFET的導通電阻降低了約40％，傳導損耗相應(yīng)降低。此外，從RDS（on）與VGS的關(guān)系圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)第4代SiC MOSFET在柵極電壓處于+15V和+18V之間時具有更平坦的梯度，這意味著第4代SiC MOSFET的驅(qū)動電壓范圍可拓展至15V-18V。

　　圖 | 第3代和第4代SiC MOSFET導通電阻測試結(jié)果示意圖

　　同時，第4代SiC MOSFET還改善了開關(guān)性能。通常，為了滿足更大電流和更低導通電阻的需求，MOSFET存在芯片面積增大、寄生電容增加的趨勢，因而存在無法充分發(fā)揮碳化硅原有的高速開關(guān)特性的課題。第4代SiC MOSFET，通過大幅降低柵漏電容（Cgd），成功地使開關(guān)損耗比以往產(chǎn)品降低約50％。

　　圖 | 第3代和第4代SiC MOSFET開關(guān)損耗測試結(jié)果示意圖

　　此外，羅姆還對第4代SiC MOSFET進行了電容比的優(yōu)化，大大提高了柵極和漏極之間的電容（CGD）與柵極和源極之間的電容（CGS）之比，從而減少了寄生電容的影響。比如，可以減小在半橋中一個快速開關(guān)的SiC MOSFET施加在另一個SiC MOSFET上的高速電壓瞬變（dVDS/dt）對柵源電壓VGS的影響。這將降低由正VGS尖峰引起的SiC MOSFET意外寄生導通的可能性，以及可能損壞SiC MOSFET的負VGS尖峰出現(xiàn)的可能性。

　　支持工具

　　羅姆在下面官網(wǎng)的SiC介紹頁面中，介紹了SiC MOSFET、SiC SBD和SiC功率模塊等碳化硅功率半導體的概要，同時，還發(fā)布了用于快速評估和引入第4代SiC MOSFET的各種支持內(nèi)容，供用戶參考。

　　SiC介紹頁面網(wǎng)址： http://www.rohm.com.cn/products/sic-power-devices

　　第4代SiC MOSFET的支持內(nèi)容：

　　?概要介紹視頻、產(chǎn)品視頻

　　?應(yīng)用指南（產(chǎn)品概要和評估信息、主驅(qū)逆變器、車載充電器、SMPS）

　　?設(shè)計模型（SPICE模型、PLECS模型、封裝和Foot Print等的3D CAD數(shù)據(jù)）

　　?主要應(yīng)用中的仿真電路（ROHM Solution Simulator）

　　?評估板信息 ※如需購買評估板，請聯(lián)系羅姆的銷售部門。

　　總結(jié)

　　綜上，羅姆通過進一步改進自有的雙溝槽結(jié)構(gòu)，使第4代SiC MOSFET具有低導通電阻、優(yōu)秀的短路耐受時間、低寄生電容、低開關(guān)損耗等優(yōu)點。憑借高性能元器件以及豐富的支持工具，羅姆將助力設(shè)計人員為未來的電力電子系統(tǒng)創(chuàng)建可行且節(jié)能的解決方案。更多詳情，請查看：http://www.rohm.com.cn/products/sic-power-devices

　　【關(guān)于羅姆（ROHM）】

　　羅姆（ROHM）成立于1958年，由起初的主要產(chǎn)品-電阻器的生產(chǎn)開始，歷經(jīng)半個多世紀的發(fā)展，已成為世界知名的半導體廠商。羅姆的企業(yè)理念是：“我們始終將產(chǎn)品質(zhì)量放在第一位。無論遇到多大的困難，都將為國內(nèi)外用戶源源不斷地提供大量優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，并為文化的進步與提高作出貢獻”。

　　羅姆的生產(chǎn)、銷售、研發(fā)網(wǎng)絡(luò)分布于世界各地。產(chǎn)品涉及多個領(lǐng)域，其中包括IC、分立式元器件、光學元器件、無源元器件、功率元器件、模塊等。在世界電子行業(yè)中，羅姆的眾多高品質(zhì)產(chǎn)品得到了市場的許可和贊許，成為系統(tǒng)IC和先進半導體技術(shù)方面的主導企業(yè)。

　　【關(guān)于羅姆（ROHM）在中國的業(yè)務(wù)發(fā)展】

　　銷售網(wǎng)點：起初于1974年成立了羅姆半導體香港有限公司。在1999年成立了羅姆半導體（上海）有限公司， 2006年成立了羅姆半導體（深圳）有限公司，2018年成立了羅姆半導體（北京）有限公司。為了迅速且準確應(yīng)對不斷擴大的中國市場的要求，羅姆在中國構(gòu)建了與總部同樣的集開發(fā)、銷售、制造于一體的垂直整合體制。作為羅姆的特色，積極開展“密切貼近客戶”的銷售活動，力求向客戶提供周到的服務(wù)。目前在中國共設(shè)有20處銷售網(wǎng)點，其中包括香港、上海、深圳、北京這4家銷售公司以及其16家分公司（分公司：大連、天津、青島、南京、合肥、蘇州、杭州、寧波、西安、武漢、東莞、廣州、廈門、珠海、重慶、福州）。并且，正在逐步擴大分銷網(wǎng)絡(luò)。

　　技術(shù)中心：在上海和深圳設(shè)有技術(shù)中心和QA中心，在北京設(shè)有華北技術(shù)中心，提供技術(shù)和品質(zhì)支持。技術(shù)中心配備精通各類市場的開發(fā)和設(shè)計支持人員，可以從軟件到硬件以綜合解決方案的形式，針對客戶需求進行技術(shù)提案。并且，當產(chǎn)品發(fā)生不良情況時，QA中心會在24小時以內(nèi)對申訴做出答復。

　　生產(chǎn)基地：1993年在天津（羅姆半導體（中國）有限公司）和大連（羅姆電子大連有限公司）分別建立了生產(chǎn)工廠。在天津進行二極管、LED、激光二極管、LED顯示器和光學傳感器的生產(chǎn)，在大連進行電源模塊、熱敏打印頭、接觸式圖像傳感器、光學傳感器的生產(chǎn)，作為羅姆的主力生產(chǎn)基地，源源不斷地向中國國內(nèi)外提供高品質(zhì)產(chǎn)品。

　　社會貢獻：羅姆還致力于與國內(nèi)外眾多研究機關(guān)和企業(yè)加強合作，積極推進產(chǎn)學研聯(lián)合的研發(fā)活動。2006年與清華大學簽訂了產(chǎn)學聯(lián)合框架協(xié)議，積極地展開關(guān)于電子元器件先進技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)學聯(lián)合。2008年，在清華大學內(nèi)捐資建設(shè)“清華-羅姆電子工程館”，并已于2011年4月竣工。2012年，在清華大學設(shè)立了“清華-羅姆聯(lián)合研究中心”，從事光學元器件、通信廣播、生物芯片、SiC功率器件應(yīng)用、非揮發(fā)處理器芯片、傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（結(jié)構(gòu)設(shè)施健康監(jiān)測）、人工智能（機器健康檢測）等聯(lián)合研究項目。除清華大學之外，羅姆還與國內(nèi)多家知名高校進行產(chǎn)學合作，不斷結(jié)出豐碩成果。

　　羅姆將以長年不斷積累起來的技術(shù)力量和高品質(zhì)以及可靠性為基礎(chǔ)，通過集開發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的扎實的技術(shù)支持、客戶服務(wù)體制，與客戶構(gòu)筑堅實的合作關(guān)系，作為扎根中國的企業(yè)，為提高客戶產(chǎn)品實力、客戶業(yè)務(wù)發(fā)展以及中國的節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出積極貢獻。