為什么SiC器件還沒能取代IGBT？
文章出處：常見問題 責(zé)任編輯：陶瓷pcb電路板|深圳市金瑞欣特種電路技術(shù)有限公司 閱讀量：- 發(fā)表時間：2023-09-20
IGBT
碳化硅（SiC）器件生產(chǎn)工藝和技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，目前市場推廣最大的障礙是成本。包括研發(fā)和生產(chǎn)成本以及應(yīng)用中碳化硅器件代換IGBT后整個電路中的驅(qū)動電容電阻的成本。除非生產(chǎn)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(chǎn)品良率影響，目前阻礙SiC產(chǎn)品大規(guī)模進(jìn)入市場的主要原因是價格昂貴，一般是同類Si產(chǎn)品的10倍左右。雖然說未來隨著技術(shù)改進(jìn)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。
高效、高可靠性：SiC BJT產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)較高的效率、電流密度和可靠性，并且能夠順利地進(jìn)行高溫工作。此外，SiC BJT有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性，在高溫工作的特性跟常溫時沒有差別。SiC BJT其實(shí)具備了所有IGBT的優(yōu)點(diǎn)并同時解決了所有使用IGBT設(shè)計上的瓶頸。由于IGBT是電壓驅(qū)動，而SiC BJT 是電流驅(qū)動，設(shè)計工程師要用SiC BJT取代IGBT，開始時可能會不習(xí)慣，但是器件供應(yīng)商一般都會提供參考設(shè)計，以幫助工程師設(shè)計驅(qū)動線路。將來這方面的專用驅(qū)動芯片推出后，使用SiC BJT就會更簡化。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(dǎo)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(qū)動器損耗。SiC BJT是有史以來最高效的1200V 功率轉(zhuǎn)換開關(guān)，SiC BJT實(shí)現(xiàn)了更高的開關(guān)頻率，其傳導(dǎo)和開關(guān)損耗較IGBT低(30-50%)，從而能夠在相同尺寸的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高達(dá)40%的輸出功率提升。2KW從400V到800V的升壓電路，用硅IGBT實(shí)現(xiàn)時只能實(shí)現(xiàn)25KHz開關(guān)頻率，而且需要用到5個薄膜電容，而用SiC BJT實(shí)現(xiàn)時，不僅開關(guān)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(jié)省系統(tǒng)總BOM成本。提高電源的開關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)高頻化傳統(tǒng)IGBT最大缺點(diǎn)是開關(guān)速度慢，工作頻率低，它在關(guān)斷時有個電流尾巴會造成很高的關(guān)斷損耗。SiC BJT開關(guān)速度快又沒有IGBT關(guān)斷是電流尾巴，所以開關(guān)損耗很低。在相同額定耐壓情況下，SiC BJT的導(dǎo)通內(nèi)阻也比IGBT的VCE(sat) 來得低，這可以減少傳導(dǎo)損耗。SiC BJT最佳的應(yīng)用場合是大于3000W功率的電源設(shè)計，這類電源很多是用IGBT來做開關(guān)器件，以達(dá)到成本及效率上的最佳化。設(shè)計工程師如果用SiC BJT來取代IGBT，是可以很容易把電源開關(guān)頻率大幅提升，從而縮小產(chǎn)品的體積以并提升轉(zhuǎn)換效率。由于頻率的提升，在設(shè)計上也可以減少周邊電路所需的電感，電容的數(shù)目，有助于節(jié)省成本。另一方面，SiC BJT的開關(guān)速度很快，可在<20nS內(nèi)完成開關(guān)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(dǎo)通內(nèi)阻，能進(jìn)一步降低傳導(dǎo)損耗。SiC BJT的高溫度穩(wěn)定性，低漏電，都超越了IGBT及MOSFET。此外，它的內(nèi)阻呈正溫度系數(shù)變化，很容易并聯(lián)起來使用以作大功率的電源設(shè)計。
