近些年，碳化硅（SiC）半導(dǎo)體器件因其材料具有擊穿電場高、載流子飽和漂移速度快、熱穩(wěn)定性好及熱導(dǎo)率高等優(yōu)勢，可提高電力電子變換器的性能，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
 
  目前，商用的SiC半導(dǎo)體器件有SiC肖特基二極管、SiC JFET及SiC MOSFET。由于SiC肖特基二極管的反向恢復(fù)特性好于Si二極管，將其應(yīng)用于PFC電路或逆變器中，效率得到明顯提高。SiC JFET是目前最成熟的SiC半導(dǎo)體器件，其開關(guān)速度和開關(guān)損耗均優(yōu)于Si MOSFET和IGBT。但JFET的主要缺點是常通型，必須通過負(fù)壓關(guān)斷器件，當(dāng)驅(qū)動電源出現(xiàn)故障時，很可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象。
 
  自2011年，CREE公司推出第一代SiC MOSFET，較多研究人員對SiC MOSFET的特性進(jìn)行深入研究。有文獻(xiàn)指出SiC MOSFET的驅(qū)動電壓較低時，其導(dǎo)通電阻為負(fù)溫度系數(shù)；驅(qū)動電壓升高之后，其導(dǎo)通電阻為正溫度系數(shù)。仿真對比了應(yīng)用SiC MOSFET和Si IGBT的雙向Buck-Boost電路的效率，但沒有實際應(yīng)用效率的對比。由于雙有源全橋（Dual Active Bridge，DAB）變換器能自然實現(xiàn)ZVS軟開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，對SiC MOSFET在DAB變換器中的應(yīng)用研究也較多。有文獻(xiàn)在DAB變換器中比較了SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的輸出電容CS大小以及其對ZVS軟開關(guān)的影響，但沒有對器件的其他特性進(jìn)行對比分析。
 
  為了具體了解SiC MOSFET的性能優(yōu)勢，及其與Si CoolMOS和IGBT的特性差異，本文將SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性進(jìn)行對比。首先對比三種器件的靜態(tài)特性，分析其對器件性能的影響。然后搭建基于Buck變換器的測試平臺，對每種器件的開關(guān)特性進(jìn)行測試。最后基于一臺2kW的DAB變換器，測試對比應(yīng)用三種器件的效率。
 
  1. 靜態(tài)特性對比
  與CMF20120D擊穿電壓VBR相近的高壓Si MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(on)均較大，因此本著額定電流ID和導(dǎo)通電阻相近的原則，本文選取了IPW65R065C7作為對比對象。這款CoolMOS其最大特點是開關(guān)速度快。而本著Si IGBT的擊穿電壓和額定電流相近的原則，本文選取了IKW25N120T2作為對比對象。IKW25N120T2為Infineon公司應(yīng)用廣泛的一款Si IGBT。表1為CMF20120D、IPW65R065C7和IKW25N120T2的器件參數(shù)。