為什么SiC器件不能取代IGBT？

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2022-03-17 09:34:58 35

為什么SiC器件不能取代 IGBT？

??碳化硅(SiC)器件的生產工藝和技術日趨成熟，目前市場推廣的最大障礙是成本。包括研發和生產成本，以及應用中碳化硅器件替代 IGBT后，整個電路中驅動電容電阻的成本。除非廠家推，而且真的可以降低成本，提高性能。畢竟，采用新事物會花費很多。由于制造成本和產品良率的影響，目前阻礙SiC產品大規模進入市場的主要原因是價格偏高，一般是同類Si產品的10倍左右。雖然未來碳化硅(SiC)器件以技術進步和成本降低取代IGBT是必然的，性能可能很強，但真正能成為大勢所趨的不僅僅是性能，還有成本和可靠性。

??碳化硅器件的應用優勢明顯。

??高效，高可靠：SiC BJT產品可實現高效率、高電流密度和高可靠性，并可在高溫下順利工作。此外，SiC BJT具有優異的溫度穩定性，其在高溫下的工作特性與常溫下沒有什么不同。SiC BJT實際上擁有所有IGBT的優勢，同時解決了IGBT設計中的所有瓶頸。由于IGBT是電壓驅動，SiC BJT是電流驅動，設計工程師一開始可能不習慣用SiC BJT替代IGBT，但飛兆半導體等器件供應商一般會提供參考設計，幫助工程師設計驅動電路。未來引入專用驅動芯片后，使用SiC BJT將更加容易。

??低損耗，降低成本：SiC BJT的Vce降低47%，Eon降低60%，Eoff降低67%。SiC BJT可以提供市場上最低的傳導損耗，室溫下Ron小于2.2毫歐姆。SiC BJT可以提供最小的總損失，包括驅動器損耗。碳化硅BJT是有史以來效率最高的1200伏電源轉換開關。SiC BJT實現了更高的開關頻率，其導通和開關損耗低于IGBT (30-50%)，因此在相同尺寸的系統中，輸出功率最高可提高40%。從400伏到800伏的2KW升壓電路用硅IGBT實現時只能達到25KHz的開關頻率，需要5個薄膜電容。但用SiC BJT實現時，可以達到72KHz的開關頻率，并且只需要兩個薄膜電容，將散熱器和電感的尺寸減小了三分之一，即可以使用更小的電感，從而大大節省了系統的總BOM成本。

提高電源開關頻率，實現高頻化：傳統IGBT最大的缺點是開關速度慢，工作頻率低。當它在關斷的時候，一個電流尾將導致關斷損失。SiC BJT的開關速度快，沒有IGBT 關斷作為電流尾，所以開關損耗很低。在相同的額定耐壓下，SiC BJT的導通電阻也低于IGBT的VCE(sat)，可以降低導通損耗。

SiC BJT最好的應用是3000W以上功率的電源設計。這些電源中的許多使用IGBT作為開關設備，以實現成本和效率的優化。如果設計工程師用SiC BJT代替IGBT，很容易大大提高電源的開關頻率，從而減小產品體積，提高轉換效率。由于頻率的提高，在設計上也可以減少外圍電路所需的電感和電容的數量，有助于節約成本。另一方面，SiC BJT的開關速度非常快，可以在不到20nS的時間內完成開關動作，甚至比MOSFET還要快，因此也可以用來替代MOSFET。與雙極IGBT器件相比，碳化硅BJT具有更低的導通電阻，可以進一步降低傳導損耗。碳化硅BJT的高溫穩定性和低漏電流已經超過了IGBT和MOSFET。此外，它的內阻隨著正溫度系數而變化，因此可以很容易地并聯用于大功率電源設計。

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