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為什么SiC器件還沒能取代IGBT?

作者: admin 時間:2018-06-08 來源:未知
摘要:碳化硅(SiC)器件生產工藝和技術已經日趨成熟,目前市場推廣最大的障礙是成本。包括研發和生產成本以及應用中碳化硅器件代換IGBT后整個電路中的驅動電容電阻的成本。除非生產商...

 碳化硅(SiC)器件生產工藝和技術已經日趨成熟,目前市場推廣最大的障礙是成本。包括研發和生產成本以及應用中碳化硅器件代換IGBT后整個電路中的驅動電容電阻的成本。除非生產商主推,而且的確能降低成本提高性能。畢竟采用新東西會付出很大代價的。受制于制造成本和產品良率影響,目前阻礙SiC產品大規模進入市場的主要原因是價格昂貴,一般是同類Si產品的10倍左右。雖然說未來隨著技術改進和成本下降,碳化硅(SiC)器件取代IGBT是必然碳化硅(SiC)器件,性能上可能是很厲害,但真能成為大勢不光要性能上,還要成本上,可靠性上多重保證才行。
 
 碳化硅器件的應用優勢明顯
 高效、高可靠性:SiC BJT產品可實現較高的效率、電流密度和可靠性,并且能夠順利地進行高溫工作。此外,SiC BJT有優良的溫度穩定性,在高溫工作的特性跟常溫時沒有差別。SiC BJT其實具備了所有IGBT的優點并同時解決了所有使用IGBT設計上的瓶頸。由于IGBT是電壓驅動,而SiC BJT 是電流驅動,設計工程師要用SiC BJT取代IGBT,開始時可能會不習慣,但是器件供應商,如飛兆半導體,一般都會提供參考設計,以幫助工程師設計驅動線路。將來這方面的專用驅動芯片推出后,使用SiC BJT就會更簡化。
    損耗低,可降低成本:SiC BJT的Vce降低了47%,Eon降低了60%,Eoff降低了67%。SiC BJT可提供市場上最低的傳導損耗,室溫時,每平方厘米Ron小于2.2毫歐姆。SiC BJT可提供最小的總損耗,包括驅動器損耗。SiC BJT是有史以來最高效的1200V 功率轉換開關,SiC BJT實現了更高的開關頻率,其傳導和開關損耗較IGBT低(30-50%),從而能夠在相同尺寸的系統中實現高達40%的輸出功率提升。2KW從400V到800V的升壓電路,用硅IGBT實現時只能實現25KHz開關頻率,而且需要用到5個薄膜電容,而用SiC BJT實現時,不僅開關頻率可做到72KHz,而且只需要用到2個薄膜電容,散熱器尺寸、電感尺寸都降低三分之一,亦即可用更小的電感,從而大大節省系統總BOM成本。
     提高電源的開關頻率,實現高頻化:傳統IGBT最大缺點是開關速度慢,工作頻率低,它在關斷時有個電流尾巴會造成很高的關斷損耗。SiC BJT開關速度快又沒有IGBT關斷是電流尾巴,所以開關損耗很低。 在相同額定耐壓情況下,SiC BJT的導通內阻也比IGBT的VCE(sat) 來得低,這可以減少傳導損耗。SiC BJT最佳的應用場合是大于3000W功率的電源設計,這類電源很多是用IGBT來做開關器件,以達到成本及效率上的最佳化。設計工程師如果用SiC BJT來取代IGBT,是可以很容易把電源開關頻率大幅提升,從而縮小產品的體積以并提升轉換效率。由于頻率的提升,在設計上也可以減少周邊電路所需的電感,電容的數目,有助于節省成本。另一方面,SiC BJT的開關速度很快,可在<20nS內完成開關動作,這樣的速度甚至比MOSFET還快,所以它也是可以用來取代MOSFET的。跟雙極型IGBT器件比較,SiC BJT具有更低的導通內阻,能進一步降低傳導損耗。SiC BJT的高溫度穩定性,低漏電,都超越了IGBT及MOSFET。此外,它的內阻呈正溫度系數變化,很容易并聯起來使用以作大功率的電源設計。

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