2025年4月24日，CSE組委會和充電頭網聯合舉辦的2025第三代半導體機器人快充新技術研討會順利落幕，本次研討會邀請到AOS萬國應用工程經理朱禮斯帶來精彩演講。

本次研討會中，朱禮斯借助《AOS 第三代aSiC MOSFET 使用0V關斷電壓的可行性研究》為主題，并結合實際應用為觀眾介紹使用0V驅動的使用條件和產生的優勢。

朱禮斯表示，AOS萬國是一家集設計、研發、制造為一體的功率半導體公司，旗下產品包括GaN、SiC、IGBT和Power IC產品。

AOS萬國總部位于美國硅谷，在美國本土有一座8英寸晶圓廠，在中國重慶有合資的12英寸晶圓廠，而上海擁有兩座封測廠。

AOS萬國自2016年起發力碳化硅功率器件領域，團隊經驗豐富，早于2021年便推出第一代SiC器件，并計劃2025年上半年推出第三代SiC器件。其技術先進，SiC效率高且獲AEC-Q101認證，具備PPAP能力，產品可靠。產能方面，未來2年產能增長超600%，多地布局供應鏈，保障市場供應。

AOS萬國目前SiC產品線除分立器件外，還擁有SiC功率模塊；分立器件主要有650V、750V、1200V、1700V四個電壓等級，具備15-500mΩ導阻可選；封裝則擁有插件型和貼片型可選。

SiC器件臨界擊穿場強是Si器件的10倍，相同電壓下外延層厚度僅為Si基器件的十分之一，具有更好的導通電阻，其熱導率是Si的3倍，有助于功率器件散熱，且SiC器件尺寸可比Si器件小10倍，潛力更高。

相較于Si基IGBT，SiC MOSFET擁有更小的芯片尺寸，且損耗降低超50%，能效更高、開關頻率更優。實驗數據顯示，在40A條件下，1200V IGBT的關斷損耗為1.2mJ，而1200V SiC MOSFET僅340uJ，關斷損耗減少72%。

主要歸功于SiC其極低的反向恢復電荷，SiC材料的寬帶隙特性使其具有極短的少數載流子壽命，從而顯著降低了反向恢復時的損耗，對于連續硬開關拓撲尤其關鍵，低反向恢復電荷可減少關斷時的振蕩和損耗，提升效率。對比顯示，SiC的反向恢復電荷遠低于傳統超結器件，即使后者搭配快速恢復二極管。

SiC的反向恢復電荷隨漏源電壓增長較緩慢，整體低于超結MOS。低反向恢復電荷特性使其在諧振軟開關應用中能減少開關損耗、提升效率，因在軟開關過程可降低因輸出電容充放電產生的能量損耗，適合高頻高效電力電子變換場景。

朱禮斯表示，SiC在快充、太陽能、服務器 / 通信、車載充電及逆變器等汽車、工業領域有廣泛運用。

在SiC典型推薦電路中可見，由于SiC器件采用負壓驅動，通過3.3V齊納二極管將單門驅動輸入電壓VCC 21.3V分壓得到18V/-3.3V，實現SiC驅動電路的上下負驅動電壓，且有負電壓鉗位電路保障。

MOSFET的柵極電壓毛刺可能導致誤開通。使用負關斷電壓，可防止寄生誤開通。若柵極毛刺電壓超過開啟閾值電壓，MOSFET可能誤開通 。圖示顯示Q1開通時，Q2因電壓變化率變化產生柵極毛刺，受體二極管、米勒電容等影響，而負關斷電壓可抑制此毛刺，避免誤開通，保障電路可靠運行。

朱禮斯強調了0V關斷電壓的優勢，相較于負壓驅動，其優勢為無需額外元件、節省PCB空間，同時可降低體二極管正向電壓與傳導損耗，減少柵極電荷和驅動損耗，并擁有更大的負驅動電壓裕量。

降低柵極電壓毛刺需要從以下三方面解決：首先盡量選擇帶有拉電流的SiC器件；其次，使用帶有米勒鉗位的SiC驅動芯片；最后，設計時首先采用合理的驅動dv/dt，優化PCB設計，盡量降低三級驅動回路寄生電感。

優化PCB設計需要有以下兩點舉措：一是把驅動器盡可能靠近MOSFET，以減少門環路電感；二是通過在PCB內層鋪銅，優化回路的寄生電感特性。

朱禮斯指出，增加開通電阻可限制電壓變化率，進而減少柵極電壓毛刺。但同時會使開通能量增加，需在開通損耗和效率可接受前提下采用。

含米勒鉗位的驅動IC通過集成MOSFET旁路米勒電流，可降低電壓變化率dv/dt對柵極電壓影響，減少關斷時電壓波動。

朱禮斯在此處強調650V數據手冊中柵極電荷測量重要性，指出不同MOSFET的柵極電荷測量方式差異，并建議選擇FOM值更高的器件，其能改善柵極電壓毛刺問題，對器件性能提升及電路穩定意義重大。

數據手冊中的閾值電壓會因不同因素而變化，DIBL效應會使高電壓下靜態閾值電壓受影響；高溫會使閾值電壓 降低，這是因簡單器件物理特性導致的隨溫度升高勢壘降低；開關過程在高電壓變化率時會降低有效閾值電壓，與經典穿通電路動態、器件內部參數等有關。

AOS萬國通過雙脈沖測試電路，展示了漏極電壓Vds的上升率（dv/dt約50V/ns），并指出寄生參數（對柵極電壓VGs的影響。右側圖表對比了AOS萬國與競品在不同柵極電阻組合下的導通損耗，顯示AOS萬國產品在高電壓變化率工況下具有更低的損耗和更優的抗穿透能力，競品導通損耗增加超20%，而AOS萬國無明顯增加，體現了其在高功率密度應用中的可靠性優勢。

1200V SiC器件在開通時，漏源電壓=800V，結溫=150℃，電壓變化率=80V/ns。當門極關斷電阻=0Ω時，能量損耗為563.16μJ；而門極關斷電阻=18Ω時，能量損耗增至686.9μJ（增加121%），且出現輕微穿通現象。這表明關斷電阻對開通損耗及動態性能有顯著影響，需權衡優化以平衡損耗與可靠性。

通過實際測試，可見即便在惡劣環境下，AOS萬國器件的性能在不同門極關斷電阻下隨著關斷電阻增大，開關能量略有變化，總體較為穩定。

在結溫為150℃時，門極毛刺電壓隨門極關斷電阻的變化曲線如上，當門極關斷電阻在2-15Ω范圍內可滿足應用需求，門極導通電阻為2Ω，dv/dt為45V/ns。右側圖表對比在門極關斷電為20Ω時，有無米勒鉗位的門極毛刺電壓，結果表明使用米勒鉗位可顯著降低門極毛刺電壓，推薦使用帶米勒鉗位的驅動IC，即使不發生穿通現象，若門極毛刺電壓超過閾值電壓也應如此。

650V第三代SiC器件的驗證測試測試條件涵蓋了母線電壓、峰值電流、系統切換頻率等關鍵參數，拓撲結構借助右側電路圖形式展示了SiC器件在系統中的連接和驅動方式，直觀地體現了SiC器件在功率器件中的應用形式。

朱禮斯再次展示了650V SiC器件的交叉傳導老化測試情況。測試時，漏源電壓為500V，結溫為 150攝氏度，電壓變化率達到42V/ns。通過有示波器截圖展示了開關波形，還特別指出存在一個1.8V的柵極電壓毛刺現象。

若需要在0V關斷電壓下驅動SiC MOSFET需選用優化的低寄生電阻、高閾值電壓、低DIBL的SiC器件，設計優化布局，降低dV/dt，采用帶米勒鉗位的驅動器，并在最壞條件下評估性能，以保障器件穩定高效運行。

AOS萬國第二代和第三代SiC器件通過了AEC-Q101認證，具備PPAP能力。在體二極管穩定性、壽命模型、dv/dt魯棒性等參數上超越了AEC標準，體現了AOS萬國SiC器件在功率器件領域的高性能與高可靠性。

AOS 650V/750V第三代SiC器件通過縮小單元格間距降低單位面積導通電阻，擁有寬優化柵極電壓范圍。產品涵蓋多種封裝形式和導通電阻規格，預計2025年晚些時候投入量產。

AOS萬國第三代 SiC MOSFET 1200V產品目前可獲取樣品，部分產品預計2025年Q2季度投產。

關于AOS萬國半導體

Alpha & Omega Semiconductor Co., Ltd.(簡稱AOS)成立于2000年9月，納斯達克IPO 2010.4(AOSL)，總部位于美國加利福尼亞州的硅谷，是全球一家集半導體設計、晶圓制造、封裝測試為一體的從事功率半導體的研發和生產的高新技術企業。2023年全球總員工人數達2400余人，主要產品包括完整的Power MOSFET、IGBT、IPM、TVS、SiC、Power IC、高壓柵極驅動器以及數字電源產品系列。

截至2023年9月，AOS擁有全球1909項專利以及161項待批專利，業界獨特功率MOSFET技術，能夠不斷地引入創新產品，擴大市場占有率以及行業內快速成長，以滿足先進電子產品日益復雜的功率要求。

目前AOS在全球設立了研發、生產及經營網絡，包括美國、臺灣、韓國研發中心，位于美國俄勒岡州的8寸晶圓廠，上海松江封裝及測試廠以及與重慶政府合作的國內第一條功率器件12寸晶圓及封測廠。在CEO張鈞平的帶領下，AOS 已經進入高速發展的階段，并成為功率半導體市場的主力軍。

以上為AOS萬國本次《AOS 第三代aSiC MOSFET 使用0V關斷電壓的可行性研究》主題研討會的全部內容，感謝大家閱讀！