【導讀】更高的效率無疑是一個優(yōu)勢，但是有時候“更高”的陳述是不準確的，比如：家庭電子器件散發(fā)“更高”的熱量可以減輕您的中央供暖工作在寒冷氣候中的工作量，也許會帶來能量使用和成本方面的整體好處，還可以采用效率相對低效的鍋爐。如果用“更高”來描述白熾燈，它可以在您需要溫暖時成為非常高效的加熱器。
以往，功率轉換器效率的提高是難以實現(xiàn)和測量的。SiC FET則能保證讓所有設計都能得到提高。
更高的效率無疑是一個優(yōu)勢，但是有時候“更高”的陳述是不準確的，比如：家庭電子器件散發(fā)“更高”的熱量可以減輕您的中央供暖工作在寒冷氣候中的工作量，也許會帶來能量使用和成本方面的整體好處，還可以采用效率相對低效的鍋爐。如果用“更高”來描述白熾燈，它可以在您需要溫暖時成為非常高效的加熱器。
不過另一些用戶確實看到了巨大的好處。在熱帶和亞熱帶，“更高”的熱量會增加空調的工作量，從而增加成本。比如數(shù)據(jù)中心目前消耗的電量占全球電力需求的1%以上，而每個百分比的能效提高都代表巨大的成本節(jié)省和減少環(huán)境影響。有時候，效率“更高”會達到“臨界點”，從該點開始，好處會成倍增加。以電動車為例，改進意味著功率轉換器更小更輕，從而會導致能量需求更小，單次充電行駛里程更長。
因此，工程師們對于提高幾個小數(shù)點的能效有著不懈的追求，他們常常要判斷冒險采用有望帶來一點改進卻不熟悉的新拓撲設計，能否在某些任意時間尺度上帶來總體擁有成本降低。在提高效率時，工程師們還要安慰自己，還有一種提高更困難，如果效率已經(jīng)達到99.5%左右，則在測量功率輸入和輸出時，一個已經(jīng)很好的±0.1%誤差就可能意味著計算得到的損耗會比實際損耗多或少40%。如果輸入功率為交流電，有失真，且功率因數(shù)不夠完美，同時直流功率輸出具有殘余噪聲分量，可讓數(shù)字式電壓表出錯，則情況還會變得更差?，F(xiàn)在普遍借助測熱法來測量實際熱放出，而不是根據(jù)電子器件測量值進行推測。
圖1. 即使±0.1%的測試設備準確率誤差也會讓高效率下的效率測量準確性產(chǎn)生很大的變化
一個可提高功率轉換器效率且風險相對較低的選擇是僅改進現(xiàn)有設計中的半導體。基于MOSFET的轉換器可以升級為使用導通電阻較低的較新器件，也許新器件對開關能量的要求也較低，并適當考慮電磁發(fā)射的變化。然而，要利用SiC MOSFET或GaN HEMT單元等最新的寬帶隙器件，就必須對電路進行較大的更改，尤其是對柵極驅動。如果現(xiàn)有電路是基于IGBT的，則您要完全從頭設計才能利用寬帶隙器件。
柵極驅動與電壓等級有關，為了實現(xiàn)全面增強，SiC MOSFET需要開態(tài)驅動，它會顯著高于Si-MOSFET的驅動，并有接近器件絕對最大額定值的危險，必須謹慎地進行限制。開態(tài)和關態(tài)之間的高壓擺也需要一定的驅動功率，因為在每個周期內柵極電容都會充電和放電。另外，閾值電壓是可變的并有遲滯現(xiàn)象，從而使得最佳柵極驅動難以實現(xiàn)。某種方面來說，GaN HEMT單元完全相反，它的柵極閾值電壓和絕對最大值非常低，因而也必須謹慎控制驅動電路，避免過應力和故障。
如果功率轉換器電路需要反向導電或第三象限導電，則SiC MOSFET中體二極管的特征十分重要，可能會由于顯著的恢復能量和前向壓降而導致過多損耗。GaN器件沒有體二極管，并通過溝道反向導電，但是在通過柵極驅動有效增強溝道前，在死區(qū)時間內會有高壓降。如果柵極電壓在關態(tài)時為負，則“整流”期間的壓降會更高。
想要面面俱到就要考慮使用SiC FET，它是Si-MOSFET和SiC JFET的共源共柵結合的產(chǎn)物。該器件有Si-MOSFET的簡單非臨界柵極驅動，但是性能表征RDS(on) x A和RDS(on) x EOSS比SiC MOSFET和GaN HEMT單元好。它有固有且穩(wěn)健的雪崩能力和自限制短路電流，且體二極管效應類似于具有前向壓降并能快速恢復的低壓Si-MOSFET。這些意味著SiC FET通?？梢院唵蔚刂苯硬迦隨i-MOSFET插槽，甚至是IGBT插槽，來立即提升效率。無法控制SiC FET的速度，以便如同其他技術一樣通過調整柵極驅動電阻來限制電磁干擾和應力，但是對于這些超快的器件，與器件簡單并聯(lián)運行的小緩沖電路可有效地限制過沖和振鈴。當更換IGBT時，開關頻率可以提高，且不會產(chǎn)生不當?shù)膭討B(tài)損耗，從而獲得更小、更輕、更便宜的磁性元件帶來的好處。
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